Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Три схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их назначения собираются из определенного количества аккумулирующих энергию элементов. Схема соединения

аккумуляторных батарей при этом зависит от того, какая преследуется цель. Это может быть увеличение емкости батареи, повышение напряжения либо сочетание обеих этих параметрических характеристик устройства.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии

Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное.

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт. В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений. Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока. Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В. Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами. Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически. Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

Нередки технические условия, когда от источника питания при сохранении рабочего напряжения требуется повышенная емкость. В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Такой способ коммутирования позволяет в разы, а в особо ответственных случаях – в десятки раз увеличить суммарную емкость питающего устройства.

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего. Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников. Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры. Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя. Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Ярким примером смешанного или комбинированного соединения аккумуляторов в комплекс с необходимыми показателями рабочего напряжения и электрической емкости служат источники питания машин с электрическим приводом.

ВАЖНО! При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Правильно подбирайте сечения проводов! Используйте негорючие или самозатухающие провода.

Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:

Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

Схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей наиболее часто применяемая, так как современные батареи для автономного энергообеспечения домов имеют номинальное напряжение 3,4 В

Комплектование АКБ комбинированным способом позволяет формировать источники питания, напряжение и электрическая емкость которых ограничивается только занимаемым ими рабочим пространством.

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Все три способа соединения отдельных источников питания в комплекс подчиняются не сложным, но важным для эффективной и долгосрочной эксплуатации правилам.

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

Пролонгированная работа батареи и ее экономическая целесообразность может быть обеспечена при соблюдении следующих правил:

  • электрическая емкость включаемых в комплекс источников не должна отличаться на величину, превышающую 5% от номинальной;
  • рабочие напряжения отдельных элементов батареи должны находиться в разумном соотношении;
  • эксплуатационное техническое состояние включаемых в комплекс автономного питания элементов должно быть максимально сбалансированным;
  • сечение коммутационных линий и шин должно быть рассчитано с учетом токовых нагрузок как внутри батареи, так и во внешних электрических цепях.

Ассортимент предлагаемых рынком источников питания при грамотном подходе позволяет создавать аккумуляторные батареи со всеми необходимыми для надежного использования характеристиками.

Как правильно соединять аккумуляторы последовательно и параллельно

Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».

Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.


Варианты соединения аккумуляторов

Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла. Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2В, и на 6В, и на 12В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно.

Но стоит только указать после величины ёмкости её вольтаж, как всё встаёт на свои места. Ведь энергоёмкость в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.

Итак, если, например, два АКБ по 200Ач 12В (например, Аккумулятор Delta GEL 12-200), соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200Ач 24В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400Ач 12В.
Проверим:
200Ач * 24В = 480Ач * В = 400Ач * 12В

Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т. е. в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400. Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.

Для первого случая, зарядный ток будет 0,1*200 = 20А, но при напряжении 24В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20А 24В = 480Вт

Для второго случая, зарядный ток будет 0,1*400 = 40А, но при напряжении 12В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40А 12В = 480Вт

Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то, например, один аккумулятор 600Ач 2В (см. раздел Аккумуляторные батареи FAAM) по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100Ач 12В (например, Аккумулятор DELTA GEL 12-100).

Чтобы получить из этих аккумуляторов (600Ач 2В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ с помощью перемычек (Перемычка для аккумуляторов 250 мм). Общая итоговая ёмкость получится 600Ач 24В. Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух, соединённых последовательно, аккумуляторов):

(600Ач*2В)*12 = 600Ач*24В = (200Ач*24В) + (200Ач 24В) + (200Ач 24В)

Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему. Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов, соединяющих аккумуляторы. Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не «дозаряжаем», и не «доразряжаем».

Итак, ёмкостью (читайте «энергоёмкостью») аккумулятора (объединённой группы аккумуляторов), называется количество электричества (т.е. мощности, равной току умноженного на НАПРЯЖЕНИЕ), которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения.

Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.

Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор. Это потому что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора электролит не успевает перемешиваться, и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузку снимают. Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышается.

Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Подробнее об этом далее.

Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к 12,5 – 12,8 В).

Особенности эксплуатации аккумуляторов при параллельном и последовательном соединении

 

Если необходимо получить напряжение блока аккумуляторов 24 Вольта, применяется последовательное соединение. Для последовательного соединения обязательно нужно использовать аккумуляторные батареи одинаковой ёмкости, одинаковой модели и желательно одной даты выпуска (с одинаковым датакодом).

При последовательном соединении необходимо раз в полгода проверять напряжение на каждой АКБ. Если напряжения равны или отличаются менее чем на 0,1 Вольта, например 12,80 и 12,86 Вольта, то это значит, что аккумуляторы сбалансированы и можно продолжать их дальнейшую эксплуатацию. Однако, даже в этом случае необходимо не реже одного раза в полгода проводить выравнивающий заряд для выравнивания напряжений на двухвольтовых банках аккумуляторов.

Со временем может произойти разбалансировка состояний заряда, т.е. появится значительная разница между напряжениями на каждой АКБ в последовательной цепи. При разбалансировке более 0,1 Вольта рекомендуется проводить балансировку, т.е. выравнивание уровня заряда. При разбалансировке более 0,2 Вольта — балансировка обязательна.

Проведение процедуры балансировки предотвратит перезаряд одного из аккумуляторов и недозаряд второго, что в итоге положительно скажется на их сроке службы.

Самый простой способ балансировки — проведение цикла выравнивающего заряда при повышенном напряжении заряда в течение 24 часов. Напряжение выравнивающего заряда для всех серий АКБ Delta составляет 2,4 Вольта на двухвольтовую банку или 14,4 Вольта для АКБ на 12 Вольт или 28,8 Вольт для АКБ на 24 Вольта. Напряжение выравнивающего заряда для других марок АКБ уточняйте у производителя.

Если выравнивающий заряд не помогает, то отбалансировать АКБ можно, например, при помощи зарядного устройства от сети 220 Вольт, проведя выравнивающий заряд обеих АКБ по отдельности. Если при повторной проверке разбалансировка снова будет более 0,1 Вольта, то нужно повторить подзаряд только АКБ с меньшим напряжением. Для автоматической балансировки существуют специальные устройства — балансиры.

Если необходимо увеличить емкость аккумуляторов 12 Вольт, применяется параллельное соединение. Для параллельного соединения рекомендуется использовать аккумуляторные батареи одинаковой ёмкости и одинаковой модели. Однако, возможно использование и разных моделей и даже разных емкостей, но при этом зарядные токи будут распределяться неравномерно, что может привести к сокращению срока службы АКБ.

При параллельном соединении важно подключать нагрузку "по диагонали", как это видно на рисунке выше. Такое подключение совместно с применением перемычек одинаковой длины позволит сбалансировать зарядные и разрядные токи каждого аккумулятора, что приведет к продлению срока службы АКБ.

Если нужно собрать батарею большой ёмкости на напряжение 24 Вольта, то применяется последовательно-параллельное соединение аккумуляторов. При этом нужно принять во внимание и рекомендации по последовательному соединению и по параллельному соединению АКБ.

 

Смотрите также:

 

Схемы соединения аккумуляторов: параллельное и последовательное подключение, как сделать правильно

Объединенная группа аккумуляторов называется батареей элементов или просто гальванической батареей. Существуют два основных способа соединения элементов в батареи: последовательное и параллельное соединения.

В рамках данной статьи рассмотрим особенности последовательного и параллельного соединения аккумуляторов. Есть разные ситуации, когда может потребоваться увеличить общую емкость или поднять напряжение, прибегнув к параллельному или последовательному соединению нескольких аккумуляторов в батарею, и всегда нужно помнить о нюансах.

Параллельное соединение предполагает объединение положительных клемм аккумуляторов с общей плюсовой точкой схемы, а всех отрицательных — с общим минусом, т. е. все положительные выводы элементов присоединить к одному общему проводу, а все отрицательные выводы — к другому общему проводу. Концы общих проводов такой батареи присоединяются к внешней цепи — к приемнику.

Сущность последовательного способа соединения аккумуляторов, как это вытекает из самого его названия, заключается в том, что все взятые элементы соединяются между собою в одну последовательную цепочку, т. е. положительный полюс каждого элемента соединяется с отрицательным полюсом каждого последующего элемента. 

В результате такого соединения получается одна общая батарея, у которой у одного крайнего элемента остается свободным отрицательный, а у второго — положительный выводы. При помощи их батарея и включается во внешнюю цепь — в приемник.  Далее поговорим об этом более подробно.

Параллельное соединение аккумуляторов дает объединение емкостей, и при равном исходном напряжении на каждом из аккумуляторов, входящих в собираемую из них батарею, емкость составной батареи оказывается равной сумме емкостей этих аккумуляторов. При равных емкостях объединяемых аккумуляторов, для нахождения емкости батареи достаточно умножить количество составляющих батарею аккумуляторов на емкость одного аккумулятора в сборке.

Параллельное соединение:

Сколько бы элементов мы ни соединяли параллельно, общее их напряжение всегда будет равно напряжению одного элемента, но зато сила разрядного тока может быть увеличена во столько раз, сколько элементов будет входить в состав батареи, если только все элементы в батарее однотипные.

Соединяя аккумуляторы последовательно, получают батарею той же емкости, что и емкость одного из аккумуляторов, входящих в батарею, при условии, что емкости равны. При этом напряжение батареи будет равно сумме напряжений каждого из составляющих батарею аккумуляторов.

Ежели последовательно соединяются аккумуляторы равной емкости и равного на момент соединения напряжения, тогда напряжение батареи, полученной путем последовательного соединения, будет равно произведению напряжения одного аккумулятора и количества аккумуляторов, составляющих последовательную цепь.

Последовательное соединение:

При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений.

Поэтому от составленной батареи независимо от величины ее напряжения можно потреблять только такой же силы ток, на какой рассчитан один элемент, входящий в состав данной батареи.

Это и понятно, так как при последовательном соединении через каждый элемент проходит тот ток, какой проходит и через всю батарею.

Таким образом, путем последовательного соединения элементов, увеличивая их общее количество, можно повысить напряжение батареи до любых пределов, но сила разрядного тока батареи останется такой же, как и у одного отдельного элемента, входящего в ее состав.

И при параллельном, и при последовательном соединении, общая энергия батареи оказывается равной сумме энергий всех аккумуляторов, составляющих батарею.

Итак, для чего же аккумуляторы объединяют в батареи? Все дело в том, что в любой схеме существуют потери, связанные с нагревом проводников. И при одном и том же сопротивлении проводника, если требуется передать определенную мощность, гораздо выгоднее передавать мощность при высоком напряжении, тогда ток потребуется меньший, и омические потери будут меньше.

По этой причине мощные источники бесперебойного питания используют батареи последовательно соединенных аккумуляторов на общее напряжение в несколько десятков вольт, а не параллельную цепь на 12 вольт. Чем выше напряжение источника, тем выше КПД преобразователя.

Когда нужен значительный ток, а одного имеющегося в наличии аккумулятора для поставленной цели не достаточно, увеличивают емкость батареи, прибегая к параллельному соединению нескольких аккумуляторов.

Не всегда экономически выгодно заменять аккумулятор на новый, обладающий большей емкостью, и иногда достаточно присоединить параллельно еще один, и повысить емкость источника до необходимой. Некоторые источники бесперебойного питания имеют отсеки для установки дополнительных аккумуляторов параллельно уже имеющемуся, с целью повысить энергетический ресурс преобразователя.

Что следует учитывать при объединении аккумуляторов в последовательную цепь? Аккумуляторы различной емкости (изготовленные по одной и той же технологии, например свинцово-кислотные) отличаются внутренним сопротивлением. Чем выше емкость, тем меньше внутреннее сопротивление, зависимость здесь почти обратно пропорциональная.

По этой причине, если последовательно соединить аккумуляторы разной емкости, и замкнуть цепь нагрузки или зарядную цепь, то ток по цепи пойдет везде одинаковый, а вот падения напряжений будут разными.

И на каком-то из аккумуляторов батареи напряжение при зарядке окажется намного выше номинала, что опасно, а при разрядке — намного ниже нижнего предела, что вредно.

Рассмотрим далее пример, покажем, чем это чревато.

Пусть в нашем распоряжении 10 аккумуляторов, номинальное напряжение каждого 12 вольт, 9 из них имеют емкость 20 ампер-часов, а один — 10 ампер-часов.

Мы решили соединить их последовательно, и заряжать от зарядного устройства с контролем зарядного тока, выставили ток на 2 ампера.

Зарядное устройство настроено так, что прекратит зарядку когда напряжение батареи пересечет отметку в 138 вольт, исходя из среднего значения в 13,8 вольт на каждый аккумулятор последовательной батареи. Что произойдет?

Для каждого аккумулятора производитель предоставляет зарядную характеристику, где можно увидеть, каким током и на протяжении какого времени нужно заряжать аккумулятор.

Очевидно, аккумулятор в 2 раза меньшей емкости при токе в 2 ампера примет столько же энергии, что и аккумуляторы большей емкости, но рост напряжения на нем будет идти примерно втрое быстрее. Так, уже через 3 часа маленький аккумулятор возьмет свое, в то же самое время большие аккумуляторы еще 6 часов должны будут заряжаться.

Но напряжение на маленьком аккумуляторе уже пошло через край, его бы нужно перевести в режим стабилизации напряжения, на наш зарядный прибор этого не делает. В конце концов система рекомбинации газов в аккумуляторе вдвое меньшей емкости не выдержит, клапаны сорвет, и аккумулятор начнет терять влагу, терять емкость, при этом большие аккумуляторы все еще будут недозаряжены.

Вывод: заряжать последовательно можно только аккумуляторы равной емкости, одной и той же технологии, одного и того же состояния разряда.

Теперь допустим, что мы разряжаем эту же последовательную цепь. Изначально на каждом аккумуляторе 13,8 вольт, а разрядный ток составляет 2 ампера.

Защита от глубокого разряда разомкнет цепь при 72 вольтах, то есть предполагается не менее 7,2 вольт на аккумулятор.

Через 4 часа маленький аккумулятор полностью разрядится, а на больших еще будет по 12 вольт, и защита от глубокого разряда не уследит подвоха. Маленький аккумулятор уже необратимо потеряет часть своей емкости.

Вот почему последовательно можно соединять лишь аккумуляторы равных емкостей, если не хотите их испортить. Лучше всего последовательно соединять аккумуляторы из одной партии, и проверить предварительно их емкости тестером АКБ, дабы убедиться, что емкости аккумуляторов, из которых вы собираетесь собрать последовательную батарею, почти равны.

А вот параллельно соединять аккумуляторы разной емкости допустимо. Разумеется, при условии равенства напряжений на их клеммах. При параллельном соединении емкости аккумуляторов не будут играть роли, поскольку внутренние сопротивления аккумуляторов окажутся подключены параллельно, и максимальный ток заряда или разряда будет у каждого аккумулятора свой, они будут работать синхронно.

Однако для клемм аккумуляторов и для каждого конкретного аккумулятора ограничения по току имеются, клеммы могут и не выдержать длительный ток, который в принципе способен дать аккумулятор, об этом важно не забывать. В технической документации к аккумулятору эти параметры указаны.

Если в момент соединения двух аккумуляторов, сильно различающихся по емкости, их напряжения отличаются значительно, неизбежна кратковременная перегрузка по току одного из аккумуляторов. Если напряжение выше у аккумулятора меньшей емкости, то перераспределение заряда в момент соединения вызовет кратковременный ток короткого замыкания в нем, и может быстро привести к его разрушению.

Если напряжение выше у аккумулятора большей емкости, то опять же под угрозой аккумулятор меньшей емкости, ибо он станет принимать заряд в режиме перегрузки. Поэтому лучше всего соединять параллельно аккумуляторы, предварительно выровняв напряжения на них, а уже следующим шагом объединять в батарею.

Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, как можно, а как нельзя соединять аккумуляторы и для каких целей это обычно делают.

Андрей Повный 

Параллельное и последовательное соединение аккумуляторов

При параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

Получившаяся при паралельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

Для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. Если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.

2. Зачем соединять аккумуляторы в аккумуляторную батарею?

В любых электрических системах или устройствах есть омические потери: часть электрической энергия превращается в тепло, не производя полезной работы. Чем больше напряжение электросистемы, тем (при той же мощности) меньше ток, меньше омические потери и меньше цена системы. Т.е. выгодно иметь электрические системы высокого напряжения.

Причем, чем больше мощность системы, тем больше выигрыш высоковольтной системы по сравнению с низковольной.

Поэтому в небольших UPS (на несколько сотен ВА) обычно стоит один аккумулятор на 12 вольт (так получается дешевле), в UPS на несколько кВА используется аккумуляторная батарея напряжением в десятки вольт, а в мощных ИБП на десятки киловатт напряжение аккумуляторной батареи может превышать 500 В.

Следовательно, цель использования аккумуляторных батарей с последовательным соединением аккумуляторов — уменьшение потерь и увеличение коэффициента полезного действия (КПД).

Иногда емкости одного аккумулятора недостаточно, и нужно увеличить емкость. Иногда удобнее не ставить взамен аккумулятор большей емкости, а поставить еще один такой же аккумулятора параллельно, чтобы суммарная емкость аккумуляторной батареи аккумуляторной батареи удвоилась.

Например, для увеличения времени работы высококлассного ИБП Eaton Powerware 9130 от аккумуляторной батареи параллельно существующей батарее подключают еще одну или несколько таких же аккумуляторных батарей.

3. Можно ли соединять последовательно свинцовые аккумуляторы разной емкости?

Известно, что внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора.

Поэтому, при протекании тока через последовательную аккумуляторную батарею, на свинцовых аккумуляторах разной емкости будут разные напряжения.

Опасно ли это для отдельных аккумуляторов и для аккумуляторной батареи в целом? Рассмотрим по-отдельности режимы разряда и зарядки свинцовых аккумуляторов.

Предположим, мы заряжаем последовательную аккумуляторную батарею, состоящую из семи 12-вольтовых свинцовых аккумуляторов емкостью по 10 А*час и одного 12-вольтового свинцового аккумулятора емкостью 8 А*час. В начале все аккумуляторы разряжены. Зарядное устройство реализует алгоритм зарядки I-U с начальным током 1 А и конечным напряжением 110 В (13.8 В в среднем на аккумулятор).

По данным производителя, при зарядке аккумуляторов постоянным током, напряжение на аккумуляторе изменяется в соответствии с графиком справа. В начале процесса зарядки, зарядное устройство поддерживает ток 1 А, а суммарное напряжение на аккумуляторной батарее сложится из напряжений на отдельных аккумуляторах, напряжение для каждого аккумулятора можно определить по его зарядной характеристике (графику зависимости напряжения аккумулятора от времени, который приводится производителем в его технических характеристиках). В начале зарядки на свинцовом аккумуляторе в 8 А*час будет около 12.3 В, а на всех аккумуляторах емкостью 10 А*час — примерно по 12 В на каждом. Начало зарядки абсолютно безопасно для всех 8 аккумуляторов.

Примерно через 10 часов напряжение на аккумуляторе емкостью 8 А*час достигнет 13.8 вольт. Аккумулятор в этот момент будет заряжен примерно на 80%. Остальные аккумуляторы будут заряжены примерно на 70%, а напряжение на каждом из них будет около 13.2 В.

Аккумулятор емкостью 8 А*час уже нужно переводить в режим стабилизации напряжения, но это невозможно — ведь суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще не достигло конечного напряжения 110 В, а составляет примерно 13.2 * 7 + 13.8 = 106.2 В.

Поэтому все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут продолжать заряжаться, суммарное напряжение продолжит расти, а вместе с ним и напряжение на аккумуляторе емкостью 8 А*час.

Еще через 3-4 часа, напряжение на аккумуляторной батарее достигнет предела — 110 В. Это напряжение разделится следующим образом: на аккумуляторах емкостью 10 А*час будет чуть больше 13.5 В, а на аккумуляторе емкостью 8 А*час — больше 15 В.

Система рекомбинации газов, выделяющихся в этом аккумуляторе, перестанет справляться c нагрузкой, предохранительные клапаны аккумулятора откроются, аккумулятор начнет терять воду, а с ней и емкость. В то же время, все аккумуляторы емкостью 10 А*час будут недозаряжены.

Следовательно, при зарядке свинцовых аккумуляторов соединенные последовательно аккумуляторы разной емкости будут все больше и больше расходиться по своим параметрам — ″разбегаться″.

Рассмотрим теперь разряд все той же аккумуляторной батареи из 8 свинцовых аккумуляторов током 1 А. Пусть система построена так, что при уменьшении напряжения до 84 В срабатывает защита от глубокого разряда, и разряд прекращается. Начальное состояние всех свинцовых аккумуляторов — ″полностью заряжены″.

Через 7-8 часов после начала разряда, аккумулятор емкостью 8 А*час полностью разрядится. Напряжение на нем составит 10.5 В. Напряжение на остальных аккумуляторах батареи будет в это время чуть больше 11 В на каждом. Значит суммарное напряжение на аккумуляторной батарее еще далеко от конечного напряжения разряда 84 В и составляет примерно 10.5 * 7 + 11.

1 = 88,2 В. Поэтому вся аккумуляторная батарея продолжит разряжаться, в том числе и многострадальный аккумулятор емкостью 8 А*час. Напряжение на нем будет очень быстро падать, в то время, как остальные свинцовые аккумуляторы практически не будут разряжаться.

Когда напряжение на нем достигнет примерно 7 В, система отключит нагрузку, но будет уже поздно — аккумулятор будет в состоянии глубокого разряда и потеряет часть емкости.

Теперь становится понятно, что последовательно можно соединять только свинцовые аккумуляторы одинаковой емкости, иначе аккумуляторная батарея будет быстро выходить из строя.

Рекомендуется использовать для последовательного соединения свинцовые аккумуляторы одного типа, одного завода и из одной партии.

Если в аккумуляторную батарею предполагается объединить более двух свинцовых аккумуляторов последовательно, очень желателен еще и предварительный подбор аккумуляторов по емкости и напряжению с помощью тестеров аккумуляторов

Для параллельно соединенных свинцовых кислотных аккумуляторов нет опасности появления на клеммах аккумулятора разных напряжений. Напряжения на всех параллельно соединенных аккумуляторах одинаковы в силу самого характера соединения. Значит параллельно соединенные аккумуляторы не могут «разбежаться» — они будут разряжаться или заряжаться синхронно.

Но у свинцовых аккумуляторов есть ограничение не только по максимальному и минимальному напряжению, но и по токам. Например, для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272) производителем установлены следующие ограничения по токам.

Максимальный разрядный ток не должен превышать 100 А для аккумуляторов с клеммами шириной 3/16″ (4. 75 мм) и 130 А для аккумуляторов с клеммами 1/4″ (6.35 мм) — 130 А (18С).

Протекание такого большого тока через аккумулятор емкостью всего 7.2 А*час ограничено и по времени: не более 5 с.

Почему ограничен разрядный ток, понятно — клеммы аккумулятора не могут надежно передать больший ток (хотя сам аккумулятор, вероятно, мог бы).

Если мы посмотрим технические характеристики аккумуляторов разных производителей (правда не все указывают максимально допустимый ток), нам откроется довольно пестрая картина. Для стационарных (промышленных) свинцовых аккумуляторов, максимальный ток ограничен значением, которое численно (в амперах) составляет от 5 до 25 емкостей аккумулятора (в А*час).

Некоторые производители указывают еще и ток короткого замыкания (иногда с ограничением времени — 0.1 с) — он численно составляет от 15 до 70 емкостей аккумулятора (15С….70С).

Суммируя эти данные, можно сказать, что свинцовый аккумулятор может безопасно разряжаться очень большими токами, вплоть до десятков С, причем чем меньше время разряда, тем больше допустимый ток.

Жесткого ограничения максимального зарядного тока производитель CSB GP 1272 (GP1272) не дает, он только рекомендует ограничить максимальный ток зарядного устройства значением 2.16 А (это численно равно 30% емкости аккумулятора — 0.3С).

Это ограничение совершенно точно не связано с возможностями проводников (клемм и решетки пластин аккумулятора), — проводники этого аккумулятора, как мы уже знаем, могут передать в 50 раз больший ток.

Тогда с чем же связано это ограничение?

В процессе зарядки свинцового аккумулятора, сернокислый свинец превращается в свинец или окись свинца (в зависимости от того, на положительной или отрицательной пластине происходит реакция), а сера, входившая в состав сернокислого свинца, переходит в электролит.

Для эффективного протекания электрохимической реакции зарядки свинцового аккумуляторав, нужно все время подводить в поверхности, на которой происходит реакция, свежий электролит и отводить продукты реакции (все тот же электролит, но уже содержащий больше серы).

Активная масса пластины свинцового аккумулятора имеет пористую структуру (это увеличивает активную поверхность и емкость свинцового аккумулятора).

К открытой части активной поверхности очень легко подводить (и отводить) вещества, участвующие в реакции, а перенос свежего электролита вглубь пористой пластины затруднен — по мере удаления от поверхности, поры становятся все уже и глубже.

Поэтому в начале зарядки свинцового аккумулятора, электрохимическая реакция происходит главным образом на открытой поверхности пластин и только потом распространяется вглубь активной массы.

В начале зарядки, аккумулятор способен безопасно воспринять довольно большой зарядный ток — ведь к поверхности пластины можно быстро доставить сколько угодно свежего электролита. Но по мере того, как процесс зарядки перемещается вглубь активной масыы, зарядный ток нужно уменьшать, иначе вместо электрохимической реакции зарядки аккумулятора будет происходить разложение электролита (аккумулятор «закипит»). Свинцовый аккумулятор может быть и не выйдет из строя сразу, но его старение ускорится и он раньше потеряет емкость.

Соблюдение общего ограничения тока зарядного устройства (2.16 А для аккумулятора CSB GP 1272 (GP1272), установленного производителем, позволяет безопасно заряжать аккумулятор, независимо от глубины и характера его разряда и температуры (в определенных производителем пределах). Тем не менее, в начале зарядки свинцового аккумулятора, допустим и больший зарядный ток.

Вернемся теперь к параллельно соединенным свинцовым аккумуляторам. Понятно, что, если суммарный ток через параллельную аккумуляторную батарею не превышает ограничений, установленных для каждого аккумулятора батареи, то никакой опасности для аккумуляторов нет.

Понятно также, что, если мы соединим параллельно 5 аккумуляторов CSB GP 1272 (GP1272) из одной партии и будем их заряжать током 5 х 2 = 10 А, то опять-таки нет никакой опасности — аккумуляторы абсолютно одинаковые, токи разделятся поровну, и ток через каждый аккумулятор не превысит установленного производителем ограничения.

Но если мы соединим в параллельную батарею разные аккумуляторы, и суммарный разрядный или зарядный ток заметно превысит ограничения, установленные для отдельного свинцового аккумулятора, то через какой-то аккумулятор может потечь ток, превышающий возможности этого аккумулятора. Посмотрим теперь, как распределяются токи между свинцовыми аккумуляторами параллельной аккумуляторной батареи, составленной из аккумуляторов разных типов.

В начале зарядки или разряда параллельной аккумуляторной батареи, токи (зарядный или разрядный) разделятся между аккумуляторами обратно пропорционально их внутреннему сопротивлению.

Если свинцовые аккумуляторы сильно различаются по емкости, конструкции, составу пластин или технологии изготовления, то внутреннее сопротивление аккумуляторов может оказаться не совсем обратно пропорциональным их емкости.

В этом случае, и токи в начале разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов могут распределиться не совсем пропорционально их емкости.

Соединенные параллельно свинцовые аккумуляторы имеют одинаковое напряжение на своих клеммах. Поэтому их разряд или зарядка происходят синхронно: невозможна ситуация, когда один из параллельно соединенных аккумуляторов разрядился (или зарядился) наполовину, а другой — полностью.

Поэтому, через некоторое время после начала разряда или зарядки, токи начинают перераспределяться между аккумуляторами так, чтобы компенсировать возможно имевшую в начале процесса место диспропорцию.

В конечном счете (или, вернее сказать, в среднем), токи распределяются между аккумуляторами пропорционально их реальной емкости, даже если внутреннее сопротивление аккумуляторов не совсем обратно пропорционально емкости аккумуляторов.

Следовательно, потенциальную опасность представляет начало разряда или зарядки свинцовых аккумуляторов, соединенных параллельно.

Но в начале разряда или зарядки, как мы уже выяснили, свинцовые аккумуляторы могут без вреда для себя разряжаться или заряжаться токами, которые превышают установленные производителем ограничения.

Поэтому можно было бы сказать, что параллельное соединение разнородных аккумуляторов не представляет опасности.

Но мы будем осторожнее, и скажем, что такой опасности почти нет — но при параллельном соединении свинцовых аккумуляторов разной емкости или изготовленных по разным технологиям нужно избегать ситуаций, когда зарядный или разрядный ток аккумуляторной батареи в несколько раз превышает установленное производителем предельное значение зарядного или разрядного тока одного аккумулятора.

Схемы соединения аккумуляторных батарей для электропитания

66008 Опубликовано 26 апреля 2017

Аккумуляторные батареи (АКБ) в зависимости от их назначения собираются из определенного количества аккумулирующих энергию элементов. Схема соединения

аккумуляторных батарей при этом зависит от того, какая преследуется цель. Это может быть увеличение емкости батареи, повышение напряжения либо сочетание обеих этих параметрических характеристик устройства.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии

Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное.

Повышение рабочего напряжения батареи

Аккумуляторы электрической энергии имеют различное рабочее напряжение. Варьироваться оно может в очень широком диапазоне: от 0,5 до 48 Вольт.

В то же время, для обеспечения автономного питания приборов, запуска двигателей внутреннего сгорания, питания электроприводной техники требуется другой диапазон напряжений.

Повысить рабочее напряжение автономного источника тока можно последовательным соединением нескольких аккумуляторов в батарею.

Схемы и формулы при последовательном соединении батарей

При последовательном соединении коммутируются разнополярные клеммы аккумулятора. Плюсовой вывод предыдущего устройства соединяется с минусовым выводом последующего. Суммарное рабочее напряжение батареи при таком способе будет равно сумме рабочих напряжений коммутированных источников тока.

Это значит, что для получения АКБ с рабочим напряжением 12 В необходимо последовательно соединить 4 трехвольтных источника либо 10 аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2 В.

Емкость скомплектованной последовательным соединением источников не изменяется и остается равной емкости каждого включенного в схему аккумулятора.

Очевидным и наглядным примером такого способа комплектации батареи могут служить автомобильные АКБ. В них отдельные источники, именуемые банками, объединены в общем корпусе и последовательно соединены свинцовыми шинами.

Выбор в качестве материала для соединительных шин свинца объясняется просто: аккумуляторные электроды также изготавливаются из свинца. Шины, интегрированные в коммуникационную схему, соединяются с электродами на молекулярном уровне, а не механически.

Это позволят избежать возникновения электрохимических коррозионных процессов.

Увеличение емкости источника питания

Нередки технические условия, когда от источника питания при сохранении рабочего напряжения требуется повышенная емкость. В таких случаях для комплектования батареи применяется параллельное соединение аккумуляторов. Такой способ коммутирования позволяет в разы, а в особо ответственных случаях – в десятки раз увеличить суммарную емкость питающего устройства.

Параллельное соединение батарей с формулами

Параллельное соединение осуществляется путем коммутации однополюсных выводов источников тока: плюсовой и минусовой выводы предыдущего аккумулятора соединяются с одноименными выводами последующего.

Суммарная электрическая емкость скомпонованной таким способом коммутации батареи будет равна сумме электрических емкостей входящих в схему отдельных источников.

Это значит, что при соединении трех аккумуляторных батарей с номинальной емкостью 60 А*ч получится устройство, имеющее электрическую емкость 180 А*ч.

В качестве примера подключения аккумуляторных батарей параллельной коммутацией можно привести источники бесперебойного либо аварийного питания приборов и аппаратуры.

Параллельно подключаются АКБ большегрузных автомобилей и тяжелой специальной техники с большим объемом двигателя.

Большой распространение параллельная коммутация получила на флоте: здесь параллельно соединенные устройства питания применяются для запуска вспомогательных дизелей, работы освещения, систем связи и жизнеобеспечения в аварийных ситуациях.

Повышение напряжения с одновременным увеличением емкости АКБ

Ярким примером смешанного или комбинированного соединения аккумуляторов в комплекс с необходимыми показателями рабочего напряжения и электрической емкости служат источники питания машин с электрическим приводом.

ВАЖНО! При увеличении емкости аккумуляторных батарей увеличиваются и токи. Правильно подбирайте сечения проводов! Используйте негорючие или самозатухающие провода.

  • Тяговые аккумуляторные батареи для обеспечения работы приводных и управляющих двигателей электроприводных машин и механизмов комплектуются именно по такой схеме. Достаточно подробно о способах соединения АКБ изложено в этом видео:
  • Комбинированное соединение подразумевает использование в коммутационной схеме одновременно последовательного и параллельного способов подключения. Возможны два варианта:

1. Сначала методом последовательного соединения источников подготавливаются батареи с требуемым рабочим напряжением. На втором этапе параллельно коммутируется необходимое количество подготовленных сборок для обеспечения потребной электрической емкости.

2. Во втором варианте параллельной коммутацией предварительно набираются батареи с требуемой емкостью. После этого устройства соединяются последовательно до достижения необходимого рабочего напряжения.

Схема последовательно-параллельного соединения аккумуляторных батарей наиболее часто применяемая, так как современные батареи для автономного энергообеспечения домов имеют номинальное напряжение 3,4 В

Комплектование АКБ комбинированным способом позволяет формировать источники питания, напряжение и электрическая емкость которых ограничивается только занимаемым ими рабочим пространством.

Особенности комплектования батарей аккумуляторов

Все три способа соединения отдельных источников питания в комплекс подчиняются не сложным, но важным для эффективной и долгосрочной эксплуатации правилам.

Последовательно-параллельная схема подключения на примере литий-ионных батарей

Пролонгированная работа батареи и ее экономическая целесообразность может быть обеспечена при соблюдении следующих правил:

  • электрическая емкость включаемых в комплекс источников не должна отличаться на величину, превышающую 5% от номинальной;
  • рабочие напряжения отдельных элементов батареи должны находиться в разумном соотношении;
  • эксплуатационное техническое состояние включаемых в комплекс автономного питания элементов должно быть максимально сбалансированным;
  • сечение коммутационных линий и шин должно быть рассчитано с учетом токовых нагрузок как внутри батареи, так и во внешних электрических цепях.

Ассортимент предлагаемых рынком источников питания при грамотном подходе позволяет создавать аккумуляторные батареи со всеми необходимыми для надежного использования характеристиками.

Последовательная и параллельная конфигурация соединения аккумулятров

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям Опубликовано 10.04.

2016 14:30
Abramova Olesya

Электрические батареи могут достигать необходимого рабочего напряжения путем последовательного подсоединения нескольких элементов — каждый элемент добавляет свой показатель напряжения к общему напряжению всей системы.

Параллельное же соединение обеспечит более высокий показатель емкости и силы тока — суммарная емкость такой системы будет равна сумме емкостей всех подключенных элементов, сила тока также будет равняться сумме значений всех элементов.

Некоторые системы могут состоять из нескольких параллельных или последовательных соединений.

Аккумуляторы для портативных компьютеров обычно состоят из четырех 3,6 В литий-ионных элементов, соединенных последовательно для обеспечения напряжения 14,4 В и двух соединенных параллельно для увеличения емкости от 2400 мАч до 4800 мАч.

Такая конфигурация называется 4S2P, что соответственно и расшифровывается как 4 Serial 2 Parallel (что в переводе с английского — 4 последовательных и 2 параллельных соединения). Между такими элементами в аккумуляторе обязательно присутствует изоляционный материал, во избежание короткого замыкания.

Элементы большинства электрохимических систем способны к последовательному и параллельному соединению.

Важно использовать элементы одного типа, с одинаковым напряжением и емкостью, и никогда не формировать соединение из элементов разных марок и размеров, так как более слабый элемент вызовет дисбаланс всей системы.

Это особенно важно при последовательном соединении, так как вся система будет зависеть от самого слабого элемента. В этом случае уместна аналогия с цепью, где слабое звено нивелирует прочность всей цепи (рисунок 1).

Рисунок 1: Сравнение последовательного соединения электрических батарей с цепью. Каждое звено этой цепи можно сравнить с электрохимическим элементом питания в последовательно соединенной системе, слабость звена или элемента приведет к коллапсу всей системы.

Слабый элемент может выявиться не сразу, при щадящих режимах работы нагрузка на него не велика, однако при возрастании нагрузки он исчерпывает свой ресурс очень быстро.

При зарядке такой элемент полностью заряжается быстрее других, следовательно, остальное время на него действует излишняя зарядка, что приводит к вредному перезаряду. При разряде же он выходит из строя первым, заставляя остальные элементы питать нагрузку, уже превышающую номинал всей системы.

Элементы в аккумуляторных системах обязательно должны иметь одинаковые характеристики, особенно в условиях высоких нагрузок.

1. Области применения одиночных элементов питания

Система из одного электрохимического элемента питания является простейшим примером электрической батареи. Такая система не требует предварительного согласования, а защитная схема, в случае если это литий-ионная технология, крайне проста.

Типичными примерами таких систем являются 3,60 В литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов и планшетов. Другим примером использования одноэлементных батарей являются настенные часы, где чаще всего используется 1,5 В щелочная батарейка.

Номинальное напряжение элемента на основе никеля составляет 1,2 В, щелочной — 1,5 В, серебряно-оксидной — 1,6 В, а свинцово-кислотной — 2,0 В. Первичные литиевые элементы обеспечивают напряжение в диапазоне от 3,0 до 3,9 В, в их числе литий-ионные — 3,6 В, литий-фосфатные — 3,2 В, литий-титанатные — 2,4 В.

Литий-марганцевая и другие электрохимические системы на основе лития часто могут обеспечить напряжение элемента на уровне 3,7 В и выше.

Это связано не столько с электрохимическими аспектами, сколько является следствием оптимизации под более высокий показатель количества ватт-часов путем уменьшения внутреннего сопротивления элемента.

Но в основном, элементы этой электрохимической системы производятся со стандартным показателем напряжения в 3,6 В.

2. Последовательное соединение

Портативное оборудование, требующее высоких значений напряжения, использует в качестве источника питания два или больше электрических элемента, соединенных последовательно. На рисунке 2 показан батарейный блок из четырех 1,2 В никелевых элементов, соединенных последовательно.

Такой блок создан для получения напряжения 4,8 В и известен как 4S. Для сравнения, свинцово-кислотный аккумулятор с шестью 2 В элементами (“банками”) будет генерировать 12 В, а четыре 3,6 В литий-ионных элемента дадут 14,4 В.

(BU-303: Номинальное напряжение аккумулятора)

Рисунок 2: Последовательное соединение четырех элементов (4S). Последовательное присоединение элемента увеличит напряжение, сила тока останется неизменной.

Если вам нужно особое значение напряжения, например, 9,5 вольт, последовательно подключите пять свинцово-кислотных, восемь никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых, или три литий-ионных элемента.

Конечное напряжение батарейного блока может быть немного большим, чем номинальное устройства, приложение 12 В вместо 9,5 В позволит его эксплуатировать.

Большинство устройств, рассчитанных на питание электрическими батареями, могут выдерживать некоторое превышение номинального напряжения, но не следует этим злоупотреблять, слишком большое превышение напряжения может повредить устройство.

Использование электрической батареи с высоким напряжением позволяет уменьшить потери и увеличить КПД. Беспроводные инструменты работают на 12 В и 18 В аккумуляторах, более высококлассные используют даже 24 В и 36 В. Большинство электровелосипедов комплектуются 36 В литий-ионным аккумулятором, некоторые даже идут с 48 В.

Существуют инициативы в автомобильной промышленности по поводу увеличения напряжения стартерного аккумулятора с 12 В (14В) до 36 В (42 В), путем размещения в аккумуляторе 18 свинцово-кислотных элементов (“банок”).

Но этой инициативе препятствует необходимость изменения свойств электрических компонентов в автомобиле и повышенный риск возникновения искр в механических переключателях.

Некоторые гибридные автомобили работают на 48 В литий-ионном аккумуляторе и в дополнение к этому используют преобразователь напряжения для получения стандартных 12 вольт для электрической системы автомобиля.

Также возможен вариант с отдельной установкой стандартного стартерного аккумулятора для запуска двигателя внутреннего сгорания. Первые гибридные автомобили использовали 148 В аккумуляторы, электромобили имеют аккумуляторную систему напряжением 450-500 В.

Такая система состоит из более чем 100 литий-ионных элементов, соединенных последовательно.

Аккумуляторные системы высокого напряжения требуют тщательного согласования элементов, особенно при подключении к сильной нагрузке или при работе в низкотемпературных условиях.

Так как в таких последовательно соединенных системах выход из строя всего лишь одного элемента приводит к коллапсу всей системы, существуют специальная система защиты, которая выявляет неисправный элемент и позволяет “обходить” его.

Такой метод конечно же уменьшает общее напряжение системы, но как временное решение весьма практичен, и главное позволяет всей системе сохранить работоспособность.

Согласование элементов становится проблемой при необходимости замены неисправного элемента в устаревшей аккумуляторной системе.

Более современные элементы, как правило, имеют более высокую емкость, в результате чего в такой системе может возникнуть дисбаланс.

Сварная конструкция аккумуляторной системы также усложняет ремонт, и в связи с этим чаще всего вся аккумуляторная система меняется полностью.

В электромобилях, где цена аккумуляторной системы составляет весомую часть от стоимости всего транспортного средства, полная замена этой системы видится абсурдной. Поэтому производители делят аккумуляторную систему на модули, каждый из которых состоит из определенного числа элементов.

И если такой элемент выйдет из строя, замена будет необходима не всей системе, а определенному модулю. Возникновение трудностей возможно в случае, если доступны только новые модули, укомплектованные более современными элементами.

(Смотрите: Как восстановить аккумуляторную систему).

На рисунке 3 показан батарейный блок, в котором элемент-3 производит только 0,6 В вместо 1,20 В. С пониженным общим напряжением этот батарейный блок разрядится раньше обычного. Напряжение будет проседать, и в конце концов питаемое устройство отключится.

Рисунок 3: Последовательное соединение с неисправным элементом. Неисправный элемент-3 понижает общее напряжение и приводит к преждевременному прекращению работы подключенного устройства.

Аккумуляторные системы в беспилотных летательных аппаратах или других устройствах, требующих высокие токи нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если один элемент в системе является слабым.

Пиковые нагрузки увеличивают стресс на аккумуляторную систему, вызывая коллапс еще быстрее.

Измерение напряжения сразу после зарядки не поможет для идентификации слабого элемента — его напряжение без нагрузки будет относительно нормальным; для решения этой проблемы существуют специальные анализаторы электрических батарей.

3. Параллельное соединение

Если для устройства требуется высокое значение силы тока и удовлетворить это требование одним элементом невозможно, следует использовать параллельное соединение элементов.

Большинство электрохимических систем позволяют использование параллельной конфигурации подсоединения, но с некоторыми побочными эффектами. На рисунке 4 показаны четыре параллельно соединенных элемента, такая конфигурация еще называется 4P (4 Parallel).

Напряжение этой системы остается 1,20 В, но сила тока и емкость увеличены в четыре раза.

Рисунок 4: Параллельное соединение четырех электрических элементов. Благодаря параллельной конфигурации подсоединения сила тока и емкость увеличиваются, напряжение же остается неизменным.

Выход из строя единичного элемента при параллельном соединении не столь критично, как при последовательном. Такая проблема конечно уменьшит нагрузочные характеристики всей системы, но хотя бы не выведет ее из строя.

Можно провести аналогию с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания — автомобиль сможет ехать и на трех цилиндрах, даже если у него их всего четыре.

С другой стороны, при наличии неисправного элемента в параллельных системах существует больший риск возникновения короткого замыкания, так как такой элемент как бы высасывает энергию из других, в результате чего возрастает риск возгорания. Большинство таких коротких замыканий довольно умеренны и проявляются в виде повышенного саморазряда.

Причиной короткого замыкания может быть поляризация или возникновение дендритов в элементе. Большие аккумуляторные системы часто снабжены предохранителем, который отключает неисправный элемент из параллельной цепи, если он был закорочен. На рисунке 5 показана параллельная конфигурация с одним неисправным элементом.

Рисунок 5: Параллельное соединение с одним неисправным элементом. Слабый элемент не повлияет на напряжение всей системы, но уменьшит общее время работы за счет уменьшения емкости системы. Закороченный элемент может вызвать перегрев и стать причиной возникновения пожара.

4. Последовательно-параллельное соединение

Последовательно-параллельная конфигурация подсоединения элементов, показанная на рисунке 6, предоставляет большую гибкость конструкции, с ее помощью можно создать систему с желаемыми значениями напряжения и тока, используя стандартные элементы.

Суммарная мощность будет произведением значений напряжения и силы тока, например, четыре 1,2 В элемента емкостью 1000 мАч производят 4,8 Вт мощности. Четыре элемента типоразмера 18650 емкостью 3000 мАч каждый могут быть соединены последовательно-параллельно для достижения 7,2 В и 12 Вт.

Использование тонких элементов позволит сконструировать гибкую аккумуляторную систему, но ей будет необходима система защиты.

Рисунок 6: Последовательно-параллельное соединение четырех элементов (2S2P). Такая конфигурация обеспечивает максимальную гибкость конструкции. Параллельные элементы помогают в управлении напряжением.

Литий-ионные элементы отлично подходят для последовательно-параллельных конфигураций, но необходим мониторинг каждого элемента — для соответствия значений напряжения и силы тока.

Такой мониторинг реализуется аппаратно — путем создания электронного устройства, стандартный образец которого может контролировать систему из 13 литий-ионных элементов.

Для больших аккумуляторных систем создаются специальные схемы, например, как в электромобиле Tesla, где аккумуляторная система состоит из 7000 элементов типоразмера 18650, суммарная мощность которых достигает 90 кВт/ч.

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

  • Держите контакты элементов в чистоте. Конфигурация с четырьмя элементами имеет восемь контактов и каждый добавляет сопротивление.
  • Никогда не смешивайте разнотипные элементы, если вышел из строя один, и ему нет аналогичной замены, то необходимо заменить все. Общая производительность настолько хороша, насколько этому соответствует самый слабый элемент.
  • Соблюдайте полярность. Неправильно размещенный элемент уменьшает общее напряжение системы.
  • Для предотвращения утечки электролита и коррозии, извлекайте элементы из устройства, когда оно не используется. Особенно это касается угольно-цинковых элементов.
  • Не храните электрические батареи в металлических коробках. Элементы следует по отдельности помещать в полиэтиленовые пакеты, во избежание короткого замыкания. Не стоит носить батареи в карманах.
  • Держите батареи подальше от детей. Помимо риска попадания в дыхательные пути, что может вызвать удушение, ток электрохимической батареи при попадании в желудочно-кишечный тракт может вызвать язву, а при разрыве оболочки — отравление. (Смотрите: Влияние электрохимических батарей на здоровье человека).
  • Не заряжайте первичные (неперезаряжаемые) электрические батареи, так как накопление водорода может привести к взрыву. Экспериментировать с зарядкой можно лишь контролируя этот процесс.

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

  • Соблюдайте полярность при зарядке вторичных элементов. Несоблюдение может привести к короткому замыканию.
  • Извлекайте полностью заряженные элементы из зарядного устройства. Обычное зарядное устройство не имеет встроенной системы индикации заряда, следовательно, аккумулятор может перегреться.
  • Производите зарядку при комнатной температуре.

Последнее обновление 2016-02-29

Как правильно соединять аккумуляторы последовательно и параллельно

Коротко разберём распространённое мнение – «при последовательном соединении двух аккумуляторов (АКБ), их ёмкость не меняется, она остаётся такой же, как у одного аккумулятора, поэтому время автономной работы при таком соединении будет меньше».

Но как же закон сохранения энергии? Да, при последовательном соединении аккумуляторов, формально ёмкость считается как у одного аккумулятора, а напряжение удваивается (или утраивается, учетверяется и т.д., в зависимости от количества последовательно соединённых АКБ). При параллельном же соединении АКБ – ёмкость удваивается (утраивается и т.д.), а напряжение остаётся тем же.

Варианты соединения аккумуляторов

Противоречия здесь нет. Когда люди говорят об аккумуляторе (обычно об автомобильном), то сообщают его ёмкость, но не уточняют вольтаж. Просто все привыкли, что аккумуляторы имеют напряжение 12В, и подразумевается, что упоминать об этом глупо. Но в вообще-то, ёмкость без указания вольтажа не имеет физического смысла.

Существуют аккумуляторы самой разной ёмкости и на разное напряжение – на 2В, и на 6В, и на 12В, и, редко, на 24В. Кроме того, любые одинаковые АКБ можно соединять последовательно, параллельно, или последовательно-параллельно одновременно. Но стоит только указать после величины ёмкости её вольтаж, как всё встаёт на свои места.

Ведь энергоёмкость в любом случае, как бы мы не соединяли аккумуляторы, останется прежней.

Итак, если, например, два АКБ по 200Ач 12В (например, Аккумулятор Delta GEL 12-200), соединить последовательно, то получится энергоёмкость 200Ач 24В. А если эти же два АКБ соединить параллельно, то получится – 400Ач 12В.

Проверим:

200Ач * 24В = 480Ач * В = 400Ач * 12В

Но для расчётов токов (обычно, номинальным током заряда считается ток 0,1С, где С –величина равная ёмкости аккумулятора), С берут именно по цифре слева, т.е.

в нашем примере, при последовательном соединении С = 200, а при параллельном С = 400. Легко заметить, что и мощность зарядного устройства в обоих случаях будет одинаковой.

Для первого случая, зарядный ток будет 0,1*200 = 20А, но при напряжении 24В. Т.е. зарядная мощность, Р = 20А 24В = 480Вт

Для второго случая, зарядный ток будет 0,1*400 = 40А, но при напряжении 12В. Т.е. зарядная мощность, Р = 40А 12В = 480Вт

Если рассматривать одиночные аккумуляторы, то, например, один аккумулятор 600Ач 2В (см. раздел Аккумуляторные батареи FAAM) по своей энергоёмкости соответствует одному аккумулятору 100Ач 12В (например, Аккумулятор DELTA GEL 12-100).

Чтобы получить из этих аккумуляторов (600Ач 2В) большую аккумуляторную батарею, например, на 24В, нужно соединить последовательно 12 шт таких АКБ с помощью перемычек (Перемычка для аккумуляторов 250 мм). Общая итоговая ёмкость получится 600Ач 24В.

Эта энергоёмкость, если сравнивать её с 12-и вольтовыми АКБ по 200Ач (а такие применяются в грузовиках), соответствует 6-и штукам (три соединённых параллельно цепочки аккумуляторов, где каждая цепочка состоит из двух, соединённых последовательно, аккумуляторов):

(600Ач*2В)*12 = 600Ач*24В = (200Ач*24В) + (200Ач 24В) + (200Ач 24В)

Обратите внимание – на всех рисунках специально показано, что если минус инвертора подключён к условно первому АКБ, то плюс – к последнему.

Так его следует подключать, чтобы компенсировать сопротивление даже толстых медных проводов, соединяющих аккумуляторы.

Иначе, из-за их сопротивления, при огромных токах, «дальний» от выводов инвертора аккумулятор, окажется и не «дозаряжаем», и не «доразряжаем».

Итак, ёмкостью (читайте «энергоёмкостью») аккумулятора (объединённой группы аккумуляторов), называется количество электричества (т.е. мощности, равной току умноженного на НАПРЯЖЕНИЕ), которое аккумулятор отдает при разряде до наименьшего допустимого напряжения.

Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 80%. Для 12-и вольтового АКБ, это соответствует напряжению на его клеммах примерно 11,5В. Но тут важно каким током относительно емкости АКБ мы его разряжаем.

Чем больше сила разрядного тока, тем ниже напряжение, до которого может разряжаться аккумулятор.

Это потому что при быстром разряде большими токами относительно маленькой ёмкости аккумулятора электролит не успевает перемешиваться, и разряженный слой скапливается вокруг пластин. Напряжение АКБ падает и нагрузку снимают.

Однако, спустя несколько десятков минут, электролит перемешивается и ёмкость (и, соответственно, напряжение аккумулятора) повышается.

Если же разряжать малым током относительно ёмкости, то можно вычерпать всю энергию, что плохо для долговечности АКБ. Всегда надо оставлять не менее 20% ёмкости. Подробнее об этом далее.

Отметим, что во время заряда, зарядное устройство постепенно повышает напряжение на АКБ, а затем, после снятия заряда, напряжение уменьшается, возвращаясь к спокойному состоянию (так, на 12-и вольтовом аккумуляторе, в зависимости от типа АКБ, оно обычно растёт до 14,1 – 14,5 В, а после снятия заряда, даже без нагрузки, в течении получаса возвращается к 12,5 – 12,8 В).

Схемы подключения аккумуляторов

У любого аккумулятора выделяют следующие основные характеристики:

  • Номинальное напряжение (В ― Вольт)
  • Емкость (Ач – Ампер*час)
  • Максимальное количество запасенной энергии = Номинальное напряжение умноженное на Емкость (кВт*ч – киловатт*час)

Существует три возможных варианта соединения аккумуляторов между собой – последовательно, параллельно или последовательно-параллельно.   В зависимости от схемы соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов может меняться Номинальное напряжение или Емкость системы, при этом максимальное количество запасенной энергии всех аккумуляторов останется неизменным.

Рассмотрим каждый из возможных вариантов соединения аккумуляторов в Банк Аккумуляторов:

1)  Последовательное соединение аккумуляторов
  • При таком соединении минусовая клемма первого аккумулятора соединяется с плюсом второго, минус второго с плюсом третьего и так далее.
  • В случае такого соединения Емкость системы остается неизменной, но напряжение системы является суммой всех соединенных последовательно аккумуляторов.
  • Например:

Имеем 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их последовательно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*4=48В и емкость равную 200Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 200Ач*48В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Такая схема включения используется для поднятия напряжения системы.

2) Параллельное соединение аккумуляторов

При таком соединении плюсовые клеммы аккумуляторов поочередно соединяются между собой. Минусовые клеммы также соединяются поочередно между собой.

В случае такого соединения напряжение системы остается неизменным, при этом емкость Банка Аккумуляторов является суммой всех соединенных параллельное аккумуляторов.

Например:

Имеем те же 4 аккумулятора емкостью 200Ач и номинальным напряжением 12В. Подключив их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В, а емкость при этом будет равна 4*200Ач=800Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 800Ач*12В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

 Такая схема включения используется для увеличения емкости (тока заряда) системы.

3) Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов
  1. Такое соединение является самым востребованным при сборке Банков Аккумуляторов для различных целей.
  2. При таком соединении цепочки последовательно соединенных аккумуляторов соединяются параллельно.
  3. Например:

Снова обратимся к нашим 4 аккумуляторам емкостью 200 Ач и номинальным напряжением 12В.

Соединив по 2 аккумулятора последовательно и затем объединим их параллельно, мы получим номинальное напряжение равное 12В*2=24В и емкость равную 200Ач*2=400Ач.

При этом максимальное количество запасенной энергии определяется как сумма максимального запаса энергии всех аккумуляторов – 200Ач*12В*4=9600Вт*ч=9,6кВт*ч, или, что то же самое, как максимальный запас энергии всего банка аккумуляторов – 400Ач*24В=9600Вт*ч=9,6кВт*ч.

Примечание: обратите внимание, что максимальное количество запасенной энергии ― не зависит от схемы соединения аккумуляторов! 

Различные схемы подключения аккумуляторов нужны для оптимизации работы комплекса оборудования используемого вместе с аккумуляторами. Выбирая различные схемы соединения, мы устанавливаем необходимые токи и напряжения для всей системы.

Источник: oporasolar.ru

Эта статья прочитана 12146 раз(а)!

Продолжить чтение

Последовательное и параллельное соединение аккумулятров

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
Опубликовано 10.04.2016 14:30
Автор: Abramova Olesya


Электрические батареи могут достигать необходимого рабочего напряжения путем последовательного подсоединения нескольких элементов - каждый элемент добавляет свой показатель напряжения к общему напряжению всей системы. Параллельное же соединение обеспечит более высокий показатель емкости и силы тока - суммарная емкость такой системы будет равна сумме емкостей всех подключенных элементов, сила тока также будет равняться сумме значений всех элементов.

Некоторые системы могут состоять из нескольких параллельных или последовательных соединений. Аккумуляторы для портативных компьютеров обычно состоят из четырех 3,6 В литий-ионных элементов, соединенных последовательно для обеспечения напряжения 14,4 В и двух соединенных параллельно для увеличения емкости от 2400 мАч до 4800 мАч. Такая конфигурация называется 4S2P, что соответственно и расшифровывается как 4 Serial 2 Parallel (что в переводе с английского - 4 последовательных и 2 параллельных соединения). Между такими элементами в аккумуляторе обязательно присутствует изоляционный материал, во избежание короткого замыкания.

Элементы большинства электрохимических систем способны к последовательному и параллельному соединению. Важно использовать элементы одного типа, с одинаковым напряжением и емкостью, и никогда не формировать соединение из элементов разных марок и размеров, так как более слабый элемент вызовет дисбаланс всей системы. Это особенно важно при последовательном соединении, так как вся система будет зависеть от самого слабого элемента. В этом случае уместна аналогия с цепью, где слабое звено нивелирует прочность всей цепи (рисунок 1).

Рисунок 1: Сравнение последовательного соединения электрических батарей с цепью. Каждое звено этой цепи можно сравнить с электрохимическим элементом питания в последовательно соединенной системе, слабость звена или элемента приведет к коллапсу всей системы.

Слабый элемент может выявиться не сразу, при щадящих режимах работы нагрузка на него не велика, однако при возрастании нагрузки он исчерпывает свой ресурс очень быстро. При зарядке такой элемент полностью заряжается быстрее других, следовательно, остальное время на него действует излишняя зарядка, что приводит к вредному перезаряду. При разряде же он выходит из строя первым, заставляя остальные элементы питать нагрузку, уже превышающую номинал всей системы. Элементы в аккумуляторных системах обязательно должны иметь одинаковые характеристики, особенно в условиях высоких нагрузок.

Система из одного электрохимического элемента питания является простейшим примером электрической батареи. Такая система не требует предварительного согласования, а защитная схема, в случае если это литий-ионная технология, крайне проста. Типичными примерами таких систем являются 3,60 В литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов и планшетов. Другим примером использования одноэлементных батарей являются настенные часы, где чаще всего используется 1,5 В щелочная батарейка.

Номинальное напряжение элемента на основе никеля составляет 1,2 В, щелочной — 1,5 В, серебряно-оксидной — 1,6 В, а свинцово-кислотной — 2,0 В. Первичные литиевые элементы обеспечивают напряжение в диапазоне от 3,0 до 3,9 В, в их числе литий-ионные — 3,6 В, литий-фосфатные — 3,2 В, литий-титанатные — 2,4 В.

Литий-марганцевая и другие электрохимические системы на основе лития часто могут обеспечить напряжение элемента на уровне 3,7 В и выше. Это связано не столько с электрохимическими аспектами, сколько является следствием оптимизации под более высокий показатель количества ватт-часов путем уменьшения внутреннего сопротивления элемента. Но в основном, элементы этой электрохимической системы производятся со стандартным показателем напряжения в 3,6 В.

Портативное оборудование, требующее высоких значений напряжения, использует в качестве источника питания два или больше электрических элемента, соединенных последовательно. На рисунке 2 показан батарейный блок из четырех 1,2 В никелевых элементов, соединенных последовательно. Такой блок создан для получения напряжения 4,8 В и известен как 4S. Для сравнения, свинцово-кислотный аккумулятор с шестью 2 В элементами (“банками”) будет генерировать 12 В, а четыре 3,6 В литий-ионных элемента дадут 14,4 В. (BU-303: Номинальное напряжение аккумулятора)

Рисунок 2: Последовательное соединение четырех элементов (4S). Последовательное присоединение элемента увеличит напряжение, сила тока останется неизменной.

Если вам нужно особое значение напряжения, например, 9,5 вольт, последовательно подключите пять свинцово-кислотных, восемь никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых, или три литий-ионных элемента. Конечное напряжение батарейного блока может быть немного большим, чем номинальное устройства, приложение 12 В вместо 9,5 В позволит его эксплуатировать. Большинство устройств, рассчитанных на питание электрическими батареями, могут выдерживать некоторое превышение номинального напряжения, но не следует этим злоупотреблять, слишком большое превышение напряжения может повредить устройство.

Использование электрической батареи с высоким напряжением позволяет уменьшить потери и увеличить КПД. Беспроводные инструменты работают на 12 В и 18 В аккумуляторах, более высококлассные используют даже 24 В и 36 В. Большинство электровелосипедов комплектуются 36 В литий-ионным аккумулятором, некоторые даже идут с 48 В. Существуют инициативы в автомобильной промышленности по поводу увеличения напряжения стартерного аккумулятора с 12 В (14В) до 36 В (42 В), путем размещения в аккумуляторе 18 свинцово-кислотных элементов (“банок”). Но этой инициативе препятствует необходимость изменения свойств электрических компонентов в автомобиле и повышенный риск возникновения искр в механических переключателях.

Некоторые гибридные автомобили работают на 48 В литий-ионном аккумуляторе и в дополнение к этому используют преобразователь напряжения для получения стандартных 12 вольт для электрической системы автомобиля. Также возможен вариант с отдельной установкой стандартного стартерного аккумулятора для запуска двигателя внутреннего сгорания. Первые гибридные автомобили использовали 148 В аккумуляторы, электромобили имеют аккумуляторную систему напряжением 450-500 В. Такая система состоит из более чем 100 литий-ионных элементов, соединенных последовательно.

Аккумуляторные системы высокого напряжения требуют тщательного согласования элементов, особенно при подключении к сильной нагрузке или при работе в низкотемпературных условиях. Так как в таких последовательно соединенных системах выход из строя всего лишь одного элемента приводит к коллапсу всей системы, существуют специальная система защиты, которая выявляет неисправный элемент и позволяет “обходить” его. Такой метод конечно же уменьшает общее напряжение системы, но как временное решение весьма практичен, и главное позволяет всей системе сохранить работоспособность.

Согласование элементов становится проблемой при необходимости замены неисправного элемента в устаревшей аккумуляторной системе. Более современные элементы, как правило, имеют более высокую емкость, в результате чего в такой системе может возникнуть дисбаланс. Сварная конструкция аккумуляторной системы также усложняет ремонт, и в связи с этим чаще всего вся аккумуляторная система меняется полностью.

В электромобилях, где цена аккумуляторной системы составляет весомую часть от стоимости всего транспортного средства, полная замена этой системы видится абсурдной. Поэтому производители делят аккумуляторную систему на модули, каждый из которых состоит из определенного числа элементов. И если такой элемент выйдет из строя, замена будет необходима не всей системе, а определенному модулю. Возникновение трудностей возможно в случае, если доступны только новые модули, укомплектованные более современными элементами. (Смотрите: Как восстановить аккумуляторную систему).

На рисунке 3 показан батарейный блок, в котором элемент-3 производит только 0,6 В вместо 1,20 В. С пониженным общим напряжением этот батарейный блок разрядится раньше обычного. Напряжение будет проседать, и в конце концов питаемое устройство отключится.

Рисунок 3: Последовательное соединение с неисправным элементом. Неисправный элемент-3 понижает общее напряжение и приводит к преждевременному прекращению работы подключенного устройства.

Аккумуляторные системы в беспилотных летательных аппаратах или других устройствах, требующих высокие токи нагрузки, часто демонстрируют неожиданное падение напряжения, если один элемент в системе является слабым. Пиковые нагрузки увеличивают стресс на аккумуляторную систему, вызывая коллапс еще быстрее. Измерение напряжения сразу после зарядки не поможет для идентификации слабого элемента - его напряжение без нагрузки будет относительно нормальным; для решения этой проблемы существуют специальные анализаторы электрических батарей.

Если для устройства требуется высокое значение силы тока и удовлетворить это требование одним элементом невозможно, следует использовать параллельное соединение элементов. Большинство электрохимических систем позволяют использование параллельной конфигурации подсоединения, но с некоторыми побочными эффектами. На рисунке 4 показаны четыре параллельно соединенных элемента, такая конфигурация еще называется 4P (4 Parallel). Напряжение этой системы остается 1,20 В, но сила тока и емкость увеличены в четыре раза.

Рисунок 4: Параллельное соединение четырех электрических элементов. Благодаря параллельной конфигурации подсоединения сила тока и емкость увеличиваются, напряжение же остается неизменным.

Выход из строя единичного элемента при параллельном соединении не столь критично, как при последовательном. Такая проблема конечно уменьшит нагрузочные характеристики всей системы, но хотя бы не выведет ее из строя. Можно провести аналогию с цилиндрами двигателя внутреннего сгорания - автомобиль сможет ехать и на трех цилиндрах, даже если у него их всего четыре. С другой стороны, при наличии неисправного элемента в параллельных системах существует больший риск возникновения короткого замыкания, так как такой элемент как бы высасывает энергию из других, в результате чего возрастает риск возгорания. Большинство таких коротких замыканий довольно умеренны и проявляются в виде повышенного саморазряда.

Причиной короткого замыкания может быть поляризация или возникновение дендритов в элементе. Большие аккумуляторные системы часто снабжены предохранителем, который отключает неисправный элемент из параллельной цепи, если он был закорочен. На рисунке 5 показана параллельная конфигурация с одним неисправным элементом.

Рисунок 5: Параллельное соединение с одним неисправным элементом. Слабый элемент не повлияет на напряжение всей системы, но уменьшит общее время работы за счет уменьшения емкости системы. Закороченный элемент может вызвать перегрев и стать причиной возникновения пожара.

Последовательно-параллельная конфигурация подсоединения элементов, показанная на рисунке 6, предоставляет большую гибкость конструкции, с ее помощью можно создать систему с желаемыми значениями напряжения и тока, используя стандартные элементы. Суммарная мощность будет произведением значений напряжения и силы тока, например, четыре 1,2 В элемента емкостью 1000 мАч производят 4,8 Вт мощности. Четыре элемента типоразмера 18650 емкостью 3000 мАч каждый могут быть соединены последовательно-параллельно для достижения 7,2 В и 12 Вт. Использование тонких элементов позволит сконструировать гибкую аккумуляторную систему, но ей будет необходима система защиты.

Рисунок 6: Последовательно-параллельное соединение четырех элементов (2S2P). Такая конфигурация обеспечивает максимальную гибкость конструкции. Параллельные элементы помогают в управлении напряжением.

Литий-ионные элементы отлично подходят для последовательно-параллельных конфигураций, но необходим мониторинг каждого элемента - для соответствия значений напряжения и силы тока. Такой мониторинг реализуется аппаратно - путем создания электронного устройства, стандартный образец которого может контролировать систему из 13 литий-ионных элементов. Для больших аккумуляторных систем создаются специальные схемы, например, как в электромобиле Tesla, где аккумуляторная система состоит из 7000 элементов типоразмера 18650, суммарная мощность которых достигает 90 кВт/ч.

5. Рекомендации по использованию первичных батарей

  • Держите контакты элементов в чистоте. Конфигурация с четырьмя элементами имеет восемь контактов и каждый добавляет сопротивление.

  • Никогда не смешивайте разнотипные элементы, если вышел из строя один, и ему нет аналогичной замены, то необходимо заменить все. Общая производительность настолько хороша, насколько этому соответствует самый слабый элемент.

  • Соблюдайте полярность. Неправильно размещенный элемент уменьшает общее напряжение системы.

  • Для предотвращения утечки электролита и коррозии, извлекайте элементы из устройства, когда оно не используется. Особенно это касается угольно-цинковых элементов.

  • Не храните электрические батареи в металлических коробках. Элементы следует по отдельности помещать в полиэтиленовые пакеты, во избежание короткого замыкания. Не стоит носить батареи в карманах.

  • Держите батареи подальше от детей. Помимо риска попадания в дыхательные пути, что может вызвать удушение, ток электрохимической батареи при попадании в желудочно-кишечный тракт может вызвать язву, а при разрыве оболочки - отравление. (Смотрите: Влияние электрохимических батарей на здоровье человека).

  • Не заряжайте первичные (неперезаряжаемые) электрические батареи, так как накопление водорода может привести к взрыву. Экспериментировать с зарядкой можно лишь контролируя этот процесс.

6. Рекомендации по использованию вторичных батарей

  • Соблюдайте полярность при зарядке вторичных элементов. Несоблюдение может привести к короткому замыканию.

  • Извлекайте полностью заряженные элементы из зарядного устройства. Обычное зарядное устройство не имеет встроенной системы индикации заряда, следовательно, аккумулятор может перегреться.

  • Производите зарядку при комнатной температуре.

Последнее обновление 2016-02-29

Соединение аккумуляторов - Мобильные Электросистемы

Параллельное и последовательное соединение

Последовательное соединение двух аккумуляторов. Емкость батареи остается без изменений, выходное напряжение увеличивается в два раза

Если вы используете больше одного аккумулятора, то через батарейные переключатели их можно подключить к цепи независимо, но можно соединить последовательно или параллельно.

При последовательном соединении положительную клемму одного аккумулятора соединяют с отрицательной клеммой другого, а нагрузку подключают к свободным положительной и отрицательным клеммам. Общая емкость последовательно соединенных аккумуляторов не меняется, а выходное напряжение увеличивается. Например, емкость батареи, состоящей из двух последовательно соединенных 12-вольтовых аккумуляторов по 100 Ач каждый, останется 100 Ач, а напряжение увеличится до 24 Вольт.

Никогда не подключайте последовательно соединенные 12-вольтовые аккумуляторы к 12-вольтовой электрической системе — высокое напряжение повредит оборудование.

Параллельное соединение двух аккумуляторов. Напряжение на выходе батареи не меняется емкость увеличивается в два раза

При параллельном соединении, положительную клемму одного аккумулятора соединяют с положительной клеммой другого, затем соединяют между собой отрицательные клеммы и подключают к нагрузке. Напряжение батареи параллельно соединенных аккумуляторов не меняется, а емкость равняется сумме емкостей соединенных аккумуляторов.

Последовательно-параллельное соединение используют когда необходимо создать аккумуляторную батарею большой емкости, но вес каждого аккумулятора слишком велик. В 12-вольтовых электрических системах сначала  соединяют последовательно два 6-вольтовых аккумулятора и получают 12 вольт. Затем полученную батарею подключают параллельно к еще двум,  соединенным таким же образом 6-вольтовым аккумуляторам. Первое соединение увеличивает напряжение, а второе емкость аккумуляторной батареи.

 

Соединяйте параллельно несколько аккумуляторов большой емкости, а не много маленьких аккумуляторов

Последовательно-параллельное соединение аккумуляторов. Два 6-вольтовых аккумулятора соединены последовательно и подключены к еще двум таким же аккумуляторам. Емкость этой батареи будет такой же как у двух параллельно соединенных 12-вольтовых аккумуляторов. Однако 6-вольтовые аккумуляторы большой емкости, легче 12-вольтовых, поэтому их проще устанавливать, менять и обслуживать.

Считается, что при параллельном подключении вышедшая из строя аккумуляторная ячейка может разряжать другие аккумуляторы, а небольшие токи, циркулирующие между аккумуляторами увеличивают уровень саморазряда. Из-за этого 12-вольтовую батарею иногда рекомендуют создавать из последовательно соединенные 6-вольтовых аккумуляторов большой емкости. А если они оказываются слишком тяжелыми, то использовать шесть последовательно соединенных 2-вольтовых аккумуляторов.

Однако при параллельном подключении отказ одной ячейки не ведет к выходу из строя всей батареи. Оборудование контроля позволяет обнаружить неисправный аккумулятор и удалить его. Емкость батареи уменьшится, но аккумуляторы продолжат работать.

Но если ячейка выходит из строя в последовательно соединенной батарее, то после удаления неисправного аккумулятора, напряжение в системе упадает на 6 или 2 вольта (в зависимости от того, из каких аккумуляторов собрана батарея).

Рекомендации по созданию аккумуляторных батарей

  • При последовательном и параллельном соединении все аккумуляторы должны быть одного типа, возраста и иметь одного производителя. Емкость аккумуляторов при последовательном подключении должна быть одинаковой, параллельно можно соединять между собой аккумуляторы разной емкости.
  • Если при последовательном подключении, один аккумулятор выходит из строя, в батарее необходимо менять все аккумуляторы. Если один аккумулятор выходит из строя при параллельном подключении, его удаляют, а оставшиеся используют до тех пор, пока они не выработают свой ресурс. После этого аккумуляторы заменяют.

Чтобы избежать преждевременного старения, не допускайте нагрева аккумуляторов. Повышении температуры на каждые 6 ° C свыше 20 С уменьшает срок службы наполовину. Устанавливайте аккумуляторы в хорошо проветриваемых, прохладных местах и оставляете воздушное пространство между ними, чтобы стимулировать тепловыделение.

  • Не увеличивайте емкость батареи с помощью аккумуляторов, установленных в другом помещении. Аккумуляторы, расположенные в разных местах, будут работать при различной температуре окружающего воздуха, а их разряд и зарядка будут происходить неравномерно. Это еще больше увеличит разницу температур и приведет к преждевременному старению и выходу батареи из строя. Если аккумуляторы заряжаются или разряжаются высоким током может произойти термический разгон и взрыв. Подключение зарядного устройства к батарее параллельно соединенных аккумуляторов.
  • Если ток заряда или разряда аккумуляторов в течение продолжительного времени составляет 200 А при напряжении 12 В (100 А при 24 В), выделяется значительное количество тепла. Чтобы его рассеять, используйте принудительную вентиляцию. Для этого во входной воздушный патрубок батарейного отсека установите пожаробезопасный вентилятор. Вентилятор на входе уменьшает риск воспламенения водорода, выделяемого аккумуляторами. (Некоторые стандарты требуют принудительной вентиляции воздуха в любое время, когда аккумуляторы подключены к зарядному устройству с выходной мощностью более 2 кВт, то есть 167 ампер при 12 вольтах или 83 амперах при 24 вольтах).
  • Регулятор напряжения любого мощного зарядного устройства должен иметь датчик температуры, который уменьшает напряжение зарядки при нагреве аккумуляторов
  • Аккумуляторные батареи большой емкости с высоким током заряда и разряда устанавливают в жилых отсеках только в герметичных емкостях с вентиляцией, выведенной наружу.

Способы параллельного соединения

Существует несколько способов параллельного соединения аккумуляторов

Способ 1

Оборудование подключено к положительному и отрицательному полюсам крайнего аккумулятора.

Обычно аккумуляторы соединяют между собой медным кабелем сечением 35 мм2 с удельным сопротивлением около 0,0006 Ом на метр. Таким образом сопротивление кабеля длиной 20 см между аккумуляторами будет 0,00012 Ом. Это очень мало, но если добавить 0,0002 Ом для каждого соединения (клемма на кабеле, клемма на аккумуляторе и т.д), то сопротивление возрастет до 0.0015 Ом.

Если нагрузка распределена между аккумуляторами равномерно, то при потребляемом токе 100 ампер, каждый из четырех аккумуляторов отдает по 25 ампер. Однако в рассматриваемой схеме самый большой ток отдает нижний аккумулятор, а ток каждого следующего постепенно уменьшается.

Это происходит потому, что ток идущий от нижнего аккумулятора не встречает на своем пути никакого сопротивления кроме сопротивления кабеля к нагрузке. Ток от второго снизу аккумулятора дополнительно проходит через два соединительных провода, от второго снизу через четыре и от самого верхнего через шесть. Таким образом, вклад верхнего аккумулятора в общий ток гораздо меньше, чем нижнего.

Два способа подключения нагрузки к батарее параллельно соединенных аккумуляторов. Слева — неправильный. Справа правильный

Во время зарядки происходит тоже самое — нижний аккумулятор заряжается большим током чем верхний. Условия его работы тяжелее, и он выйдет из строя раньше.

Вычисления показывают, что при внутреннем сопротивлении аккумулятора 0,02 Ом, сопротивлении клемм 0,0015 Ом и нагрузке 100 ампер, возникает следующее распределение тока между аккумуляторами:

Нижний аккумулятор — 35,9 ампер.

Второй снизу — 26,2 ампер.

Третий снизу —  20,4 ампер.

Верхний аккумулятор —  17,8 ампер.

Таким образом, нижний аккумулятор обеспечивает вдвое больший ток чем верхний. Однако в два раза большая нагрузка нижнего аккумулятора не означает, что его срок службы вдвое меньше. По мере разряда нижнего аккумулятора, нагрузка перераспределяется между остальными тремя аккумуляторными батареями. Недостаток такого подключения в том, что батарея в целом эксплуатируется с огромным дисбалансом и стареет гораздо быстрее, чем при правильной балансировке.

Способ 2

При втором способе соединение аккумуляторов между собой остается прежним, но нагрузка подключается к разным аккумуляторам. Распределение тока в модифицированной батареи при нагрузке 100 А следующее:

Нижний аккумулятор –26,7 ампер.

Второй снизу —  23,2 А.

Третий снизу —  23,2 А.

Верхний аккумулятор — 26,7 ампер.

Улучшение по сравнению с первым методом существенное и аккумуляторы гораздо ближе к правильной балансировке.

Способ 3

Чем дороже тяговые аккумуляторы и чем ниже их внутреннее сопротивление, тем важнее точная балансировка. Для лучшего баланса необходимо, чтобы количество связей между каждым аккумулятором и нагрузкой было примерно одинаковым.

Еще один вариант параллельного соединения аккумуляторов.

В первом способе подключения ток от нижнего аккумулятора поступал в нагрузку без дополнительных соединений. Верхний аккумулятор имел 6 соединений. Во втором способе количество соединительных звеньев для верхнего и нижнего аккумуляторов уменьшилось до 3.

При третьем способе положительные клеммы каждого аккумулятора подключаются к общей шине. То же самое выполняют и для отрицательных полюсов. Длина проводников от аккумуляторных клемм до шины должна быть примерно одинаковой, в противном случае теряется одно из основных преимуществ такого способа подключения — равное сопротивление между каждым аккумулятором и нагрузкой.

Разница в результатах между третьим и вторым способом соединения намного меньше различий между 1-м и 2-м, но для 4-8 дорогостоящих аккумуляторов дополнительная работа может быть оправдана.

Схемы соединения аккумуляторов, учитываем все тонкости и нюансы | Энергофиксик

Итак, казалось бы, что проще соединять между собой аккумуляторы, ведь существуют всего два способа: это параллельный и последовательный, но на самом деле даже в таком, казалось бы, простом деле есть свои тонкости, не учтя которые можно даже новые аккумуляторы вывести из строя. В этой статье я расскажу, как соединить аккумуляторы по всем правилам. Итак, начнем.

Параллельное соединение

И начнем с параллельного соединения. При параллельном соединении происходит соединение всех плюсовых клемм в один плюс, а всех минусовых клемм в один минус.

yandex.ru

При таком способе соединения вне зависимости от того, какое количество будет соединено суммарное напряжение, будет равняться напряжению одного элемента. Но при этом сила разрядного тока пропорционально возрастет во столько раз, сколько элементов мы объединим в цепочку при условии, что соединяемые аккумуляторы однотипные.

yandex.ru

Последовательное соединение

При такой сборке общая емкость остается равной емкости одного элемента цепочки, а вот напряжение возрастает и будет равно суммарному напряжению всех соединенных элементов.

yandex.ru

При этом сила тока от сформированной батареи таким образом будет равняться силе тока одного элемента.

yandex.ru

С какой целью аккумуляторы объединяют в батареи

Давайте пару слов скажем о причинах таких манипуляций. Все потому, что наши системы далеки от идеала, и в них присутствуют потери на нагрев проводников. И гораздо выгоднее передавать мощность при более высоком напряжении, например, при 220 Вольтах, чем при 12 Вольтах. Ведь при более высоком напряжении протекающий ток меньше и следовательно потери тоже меньше.

Именно поэтому достаточно мощные ИБП собираются из аккумуляторов, соединенных в последовательную цепочку рассчитанных на 12 Вольт. В этом случае верно утверждение: чем более высокий показатель напряжения источника, тем более высоким КПД он обладает.

Если же нужно увеличение тока отдачи, то гораздо выгоднее поставить в параллель еще один аккумулятор (для увеличения суммарной емкости источника), чем покупать новый аккумулятор повышенной емкости.

Нюансы, которые нужно учитывать при объединении аккумуляторов

Теперь давайте разберемся в тонкостях и правилах соединения аккумуляторов.

Для всех аккумуляторов верно утверждение, что чем больше емкость самого аккумулятора, тем меньше его внутреннее сопротивление и в данном случае зависимость тут почти обратно пропорциональная.

Итак, если мы возьмем изделия различной емкости, но выполненные по идентичной технологии, и соединим их в последовательную цепочку, (а после этого замкнем цепочку), то ток в этой цепи будет течь одинаковый. А вот падение напряжения будет на каждом элементе различными.

И вполне вероятно, что на одном из элементов цепи во время зарядки напряжение будет существенно выше номинала, что крайне нежелательно, а при разрядке существенно меньше нижнего предела, что так же нежелательно для аккумулятора. Для лучшего понимания давайте рассмотрим такой пример:

Представим, что аккумуляторная батарея состоит из 10 элементов на номинальное напряжение в 12 Вольт. И 9 из 10 будут иметь емкость в 20 А*ч, а один в 10 А*ч.

И давайте соединим нашу батарею последовательным образом и поставим заряжаться устройством током в 2 Ампера. При этом ЗУ отрегулировано таким образом, что при достижении напряжения в 138 U произойдет отключение зарядного устройства (отталкиваясь от среднего значения в 13,8 U на отдельный аккумулятор в цепи). Так что произойдет во время зарядки?

yandex.ru

А вот что. Вполне логично, что аккумулятор маленькой емкостью будет заряжаться так же как и остальные аккумуляторы, вот только напряжение на его обкладках будет увеличиваться в три раза быстрее, чем у остальных элементов.

И когда аккумулятор с емкостью в 10 А*ч уже будет полностью заряжен и его уже необходимо переводить в режим стабилизации напряжения, этого не случится. А все потому, что оставшиеся элементы составной аккумуляторной батареи необходимо заряжать несколько часов.

В течении этого времени напряжение на малом аккумуляторе превысит предел и система рекомбинации газов просто напросто не выдержит. Будут сорваны клапаны, что приведет к потере влаги, уменьшению емкости.

Из этого следует, что заряжать последовательно соединенные аккумуляторы допустимо, только если их емкости одинаковы, выполнены по единой технологии и находятся в одинаковой стадии разряда.

Теперь давайте рассмотрим такую ситуацию. Будем разряжать эту же аккумуляторную батарею, у которой на каждом элементе напряжение имеет величину в 13,8 Вольт, при этом разрядный ток равен 2 Амперам.

yandex.ru

Защита от глубокого разряда сработает когда элементы разрядятся до суммарного напряжения в 72 U ( на одном элементе 7,2 U). Но в нашей цепи есть малый аккумулятор, и при данном разрядном токе он полностью разрядится спустя 4 часа, а на остальных аккумуляторах еще будет 12U. Защита от разряда будет молчать, а малый аккумулятор неизбежно потеряет свою изначальную емкость.

Поэтому в последовательную цепь лучше всего соединять аккумуляторы из одной партии и перед соединением обязательно проверить их емкости тестером АКБ.

Теперь давайте поговорим о параллельном соединении

В параллель соединять аккумуляторы различной емкости вполне можно. Ведь при таком виде соединения емкость не играет никакой роли, ведь максимальный ток разряда и заряда для каждого элемента свой. В этом случае гораздо важнее, чтобы при соединении напряжение всех элементов было одинаково.

yandex.ru

Ведь если во время соединения двух аккумуляторов, существенно различающихся по емкости, будут различны и напряжения, то неизбежно возникнет кратковременная перегрузка по току одного аккумулятора.

Если высоким напряжением будет обладать аккумулятор с меньшей емкостью, то при соединении внутри него будет протекать ток короткого замыкания, что может разрушить элемент.

Если же повышенным напряжением будет обладать аккумулятор большой емкостью, то пострадает все равно аккумулятор с маленькой емкостью, так как в этом случае он будет принимать заряд в режиме перегрузки.

Поэтому главным правилом при параллельном соединении является предварительное выравнивание их напряжений.

Если статья оказалась познавательной или полезной, то оцените ее лайком и спасибо за ваше внимание!

Последовательное подключение аккумуляторов | Научный проект

Сложность

Легко

Стоимость

Минимальная, в основном стоимость батареек для дисплея

Проблемы безопасности

Незначительный риск слишком высокого напряжения / силы тока, из-за которого провода могут стать достаточно горячими и расплавиться. Пайка разъемов упрощает работу с дисплеем, но представляет опасность ожога. Разборка сухой аккумуляторной батареи означает воздействие едкого электролита внутри.

Наличие материалов

Обычный

Примерное время

1-2 часа, в зависимости от сложности отображения

Для демонстрации того, как аккумуляторные блоки работают, обеспечивая более высокое напряжение, большую силу тока или и то, и другое.

  • Несколько батарей, подключаемых последовательно, параллельно и последовательно-параллельно
  • Держатели батарей или провода и паяльное оборудование
  • Вольтметр также может измерять силу тока (Radio Shack)
  • Дополнительно - аккумулятор в разобранном виде для маркировки деталей

Один элемент батареи производит низкое напряжение и низкую силу тока.Последовательное объединение ячеек увеличивает напряжение. Их параллельное объединение увеличивает силу тока. Даже 9-вольтовая батарея - это «батарейный блок». В этом проекте будет изучено, как элементы батареи могут быть соединены во многих различных конфигурациях, чтобы делать почти все необходимое, в зависимости от необходимого напряжения и силы тока.

Студенты могут показать схемы практических последовательных / параллельных цепей. Кроме того, можно отобразить устройства, которые используют несколько батарей, чтобы продемонстрировать, как, например, 4 батареи используются для питания устройства, требующего 6 вольт.

  • Что такое аккумуляторная батарея?
  • Что такое последовательная цепь?
  • Что такое параллельная цепь?
  • 9-вольтовая батарея - это элемент батареи или батарейный блок? Как и почему?
  • В чем разница между постоянным и переменным током?
  • Вольт: стандартная мера электрического давления
  • Ампер: стандартная мера количества электричества
  • Ряды: одна за другой, как веревки, связанные вместе
  • Параллельно: в линию, бок о бок, как железнодорожные пути

Электричество - это движение электронов в проводнике.Напряжение - это давление, что-то вроде фунта на квадратный дюйм воды, вытекающей из трубы. Сила тока - это количество электронов, что-то вроде количества галлонов, вытекающих из трубы. Батареи вырабатывают электричество в результате химической реакции. Они могут быть подключены в линию для обеспечения большего напряжения, параллельно для обеспечения большей силы тока или в комбинации для обеспечения большего напряжения и большей силы тока.

Последовательное соединение батарей включает создание последовательной цепи, в которой положительный полюс соединен с отрицательным полюсом другой батареи, при этом каждая батарея находится в очереди.Две 6-вольтовые батареи по 2 ампера, подключенные таким образом, будут производить 12 вольт, 2 ампера.

Параллельная цепь имеет положительный полюс, подключенный к положительному полюсу другой батареи, а отрицательный полюс - к отрицательному. Две 6-вольтовые батареи, подключенные таким образом, будут производить 6 вольт, 4 ампера.

Последовательно-параллельная схема объединяет обе схемы для создания необходимого напряжения и / или силы тока. Например, если требуется 120 вольт, 20 последовательно соединенных 6-вольтных батарей обеспечат необходимое напряжение.Если каждая батарея имеет емкость 1 ампер, но требуется 50 ампер, 25 комплектов из этих 20 батарей, соединенных параллельно, обеспечат конечный результат 120 вольт при 50 ампер.

  1. Соберите материалы.
  2. Решите, будете ли вы использовать держатели для батарей или припой.
  3. Постройте последовательную цепь из батарей и измерьте напряжение и силу тока.
  4. Постройте параллельную цепь батарей и измерьте напряжение и силу тока.
  5. Создайте аккумуляторную батарею для измерения напряжения и силы тока.
  6. Измерьте и запишите напряжение и силу тока каждого из них.
  7. Дополнительно - разберите обычную батарею, чтобы показать детали. (Следует использовать наблюдение взрослых, поскольку электролит внутри едкий.)
  1. http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_%28electricity%29
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_terminals
Заявление об отказе от ответственности и меры предосторожности

Education.com предлагает идеи проекта Science Fair для информационных целей. только для целей.Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация. Получая доступ к идеям проекта Science Fair, вы отказываетесь от отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, которые включают ограничения по образованию.ком ответственность.

Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими или другой надзор. Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека. Для Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

Серия

Vs. Объяснение параллельных подключений | RELiON

Изучая литиевые батареи, вы, вероятно, встречали термины «серия» и «параллель». Нам часто задают такие вопросы, как «в чем разница между последовательным и параллельным», «можно ли подключать батареи RELiON последовательно». Это может сбивать с толку, если вы плохо знакомы с литиевыми батареями или батареями в целом, но, надеюсь, мы можем помочь упростить это.

Давайте начнем с самого начала - ваш аккумуляторный блок.Блок батарей - это результат соединения двух или более батарей для одного приложения (например, парусной лодки). Что дает объединение более чем одной батареи? Подключая батареи, вы увеличиваете либо напряжение, либо емкость в ампер-часах, а иногда и то и другое, что в конечном итоге позволяет увеличить мощность и / или энергию.

Первое, что вам нужно знать, это два основных способа успешного подключения двух или более батарей: первый называется последовательным подключением, а второй называется параллельным подключением.

Давайте начнем с самого начала ... ваш аккумуляторный блок. Блок батарей - это результат соединения двух или более батарей для одного приложения (например, парусной лодки). Что дает объединение более чем одной батареи? Подключая батареи, вы увеличиваете либо напряжение, либо емкость в ампер-часах, а иногда и то и другое, что в конечном итоге позволяет увеличить мощность и / или энергию.

Первое, что вам нужно знать, это то, что существует два основных способа успешного подключения двух или более батарей: первый называется последовательным подключением, а второй - параллельным подключением.

Соединения серии

Соединения серии включают соединение 2 или более батарей вместе для увеличения напряжения аккумуляторной системы, но сохраняет тот же самый номинал ампер-часов. Имейте в виду, что при последовательном подключении каждая батарея должна иметь одинаковое напряжение и емкость, иначе вы можете повредить батарею. Чтобы подключить батареи последовательно, вы подключаете положительный полюс одной батареи к отрицательной клемме другой, пока не будет достигнуто желаемое напряжение.При последовательной зарядке аккумуляторов необходимо использовать зарядное устройство, соответствующее напряжению системы. Мы рекомендуем заряжать каждую батарею индивидуально с помощью зарядного устройства с несколькими банками, чтобы избежать дисбаланса между батареями.

На изображении ниже две батареи на 12 В, соединенные последовательно, превращают этот блок батарей в систему на 24 В. Вы также можете видеть, что у банка все еще есть номинальная емкость 100 Ач.


Параллельное соединение

Параллельное соединение подразумевает соединение 2 или более батарей вместе для увеличения емкости ампер-часов батарейного блока, но ваше напряжение остается неизменным.Чтобы подключить батареи параллельно, положительные клеммы соединяются вместе кабелем, а отрицательные клеммы соединяются вместе другим кабелем, пока вы не достигнете желаемой емкости .

Параллельное соединение не предназначено для того, чтобы ваши батареи могли питать что-либо с выходным напряжением, превышающим его стандартное выходное напряжение, а скорее увеличивает время, в течение которого оно может обеспечивать питание оборудования. Важно отметить, что при зарядке параллельно подключенных батарей для увеличения емкости в ампер-часах может потребоваться более длительное время зарядки.

В приведенном ниже примере у нас есть две батареи на 12 В, но вы видите, что ампер-часы увеличиваются до 200 Ач.


Можно ли подключать батареи RELiON последовательно или параллельно?

Наши стандартные литиевые батареи могут быть подключены последовательно или параллельно в зависимости от того, что вы пытаетесь выполнить в своем конкретном приложении. В технических паспортах RELiON указано количество батарей, которые могут быть подключены последовательно, в зависимости от модели. Обычно мы рекомендуем для нашего стандартного продукта не более 4 параллельно подключенных батарей, однако могут быть исключения, которые позволяют использовать больше в зависимости от вашего приложения.

При использовании литиевых батарей RELiON следует обратить внимание на несколько моментов, характерных для нашей серии:

· Наши батареи серии HP можно подключать только параллельно.

· Наши батареи InSight можно подключать только параллельно, что позволяет подключать до 10 батарей параллельно.

Если вы хотите увеличить напряжение или емкость в ампер-часах, важно понимать разницу между параллельной и последовательной конфигурациями и их влияние на производительность вашего блока батарей.Знание различий между этими параллельными и последовательными конфигурациями позволяет максимально продлить срок службы литиевой батареи и общую производительность.

Есть еще вопросы?
Посетите нашу страницу часто задаваемых вопросов, чтобы получить ответы на часто задаваемые вопросы о литиевых батареях.

Готовы приобрести следующий аккумуляторный блок?
Ознакомьтесь с нашей полной линейкой литиевых батарей.

Серия

, параллельное и последовательно-параллельное соединение батарей

Серия

, параллельная и последовательно-параллельная конфигурация батарей

Введение в соединения батарей

Можно подумать, какова цель последовательного, параллельного или последовательно-параллельного подключения аккумуляторов или правильная конфигурация для зарядки накопителя, системы аккумуляторных батарей, автономной системы или установки солнечных батарей.Ну, это зависит от требований системы, то есть увеличения напряжения путем последовательного соединения батарей, ампер-часов батареи (поскольку батареи рассчитаны в Ач, а не в амперах) или просто тока или мощности батарей путем подключения батарей параллельно или последовательно. параллельно поддерживать систему в соответствии с вашими потребностями. Если вам нужно знать, как это сделать, прочтите следующее пошаговое руководство по конфигурации первичных (неперезаряжаемых, например, элементы AAA) и вторичных (перезаряжаемых, например, свинцово-кислотных, никель-кадмиевых, никель-металлогидридных, литий-ионных и т. Д.) Батарей.

Мы получили несколько сбивающих с толку схем по теме, и они спрашивают, подключены ли батареи последовательно, параллельно или последовательно-параллельно и для какого из них они подходят ?. Итак, мы подробно обсудим последовательное, параллельное и последовательное параллельное соединение батарей со схемами и приложениями.

А теперь приступим…

Типы подключения батарей

Существует три основных типа подключения батарей .

  1. Последовательное соединение
  2. Параллельное соединение
  3. Последовательное параллельное соединение

Щелкните изображение, чтобы увеличить Серия

, параллельное и последовательно-параллельное соединение батарей

Ниже приводится подробная информация о каждом соединении.

Серия

Подключение аккумуляторов

Если мы подключим положительную (+) клемму батареи к отрицательной (-), а отрицательную - к положительной клемме, как показано на рисунке ниже, то конфигурация аккумуляторов будет последовательной.

Полезно знать:

При последовательном соединении батарей ток одинаков в каждом проводе или секции, а напряжение разное, т.е. напряжения складываются, например

V 1 + V 2 + V 3 ….Vn

На рисунке ниже две батареи по 12 В, 200 Ач подключены последовательно. Таким образом, общий эффективный ампер-час (Ач) будет таким же, пока напряжение является аддитивным.

т.е.

= 12 В + 12 В = 24 В, 200 Ач

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Series Подключение аккумуляторов
Когда нам нужно и как подключить аккумуляторы последовательно?

Когда вам нужно удвоить уровень напряжения в соответствии с потребностями вашей системы, сохраняя при этом ту же емкость или номинальную емкость в ампер-часах (Ач) батарей.

Например, если у вас есть две батареи на 12 В по 200 Ач и для установки вам нужна система на 24 В. Просто подключите обе батареи последовательно, чтобы получить 24 В и одинаковый номинал в ампер-часах, то есть 200 Ач.

Имейте в виду, что при последовательном подключении батарея разряжается медленнее, чем при параллельном подключении батарей.

Вы можете сделать это с любым количеством батарей, т.е. получить 36 В, 48 В, 72 В постоянного тока и так далее, подключив батареи последовательно.

Эта система используется в различных установках солнечных панелей и других приложениях.

Параллельное соединение аккумуляторов

Если мы подключим положительную клемму (+) батареи к положительной, а отрицательную (-) к отрицательной клемме. Тогда конфигурация батарей будет параллельной.

Полезно знать:

При параллельном подключении напряжение будет одинаковым на каждом проводе или участке, а ток будет другим, т.е. ток складывается.

например

I 1 + I 2 + I 3 … + In

На рисунке ниже две батареи на 12 В, 200 Ач подключены параллельно.Таким образом, полное эффективное напряжение будет таким же, пока ампер-час складывается.

т.е.

= 200 Ач + 200 Ач = 400 Ач, 12 В.

Щелкните для увеличения изображения

Параллельное подключение батарей
Когда нам нужно и как подключить батареи параллельно?

Когда вам нужно удвоить емкость аккумулятора или номинальные ампер-часы (Ач) в соответствии с потребностями вашей системы, сохраняя при этом тот же уровень напряжения.

Например, если у вас есть две батареи на 12 В по 200 Ач и вам нужна система 12 В. для установки.Просто подключите обе батареи параллельно, так что общая емкость батареи будет 400 Ач и одинаковым уровнем напряжения, то есть 12 В.

Имейте в виду, что параллельная разрядка аккумуляторов происходит быстрее, чем при последовательном подключении аккумуляторов.

Это можно сделать с любым количеством аккумуляторов, т.е. получить одинаковый уровень напряжения при одновременном увеличении емкости аккумулятора в ампер-часах при параллельном подключении аккумуляторов.

Эта система используется в различных установках солнечных панелей и других приложениях.

Последовательно-параллельное соединение батарей

Если мы соединим две пары из двух батарей последовательно, а затем соединим эти последовательно соединенные батареи параллельно, то такая конфигурация батарей будет называться последовательно-параллельным соединением батарей.

Другими словами, это последовательная или параллельная цепь, но известная как последовательно-параллельная цепь. Некоторые из компонентов включены последовательно, а другие - в параллельной или сложной схеме из последовательно и параллельно соединенных устройств и батарей.

Связанное сообщение:

На рисунке ниже ,.

Шесть (6) аккумуляторов на 12 В, 200 Ач каждая подключены в последовательно-параллельной конфигурации.

ie

  • B 1 и B 2 последовательно… 12В + 12В = 24В, 200Ач… Последовательное соединение
  • B 3 и B 4 последовательно… 12В + 12В = 24В, 200Ач… Последовательное соединение
  • B 5 и B 6 последовательно… 12В + 12В = 24В, 200Ач… Последовательное соединение

И затем пара этих батарей соединяется параллельно i.е. два параллельных комплекта из трех батарей соединены последовательно.

т.е.

Установить 1 = B 1 , B 3 , B 5 = Серия

Установить 2 = B 2 , B 4 , B 6 = Серия

И затем ,

Набор 1 и Набор 2 = Параллельно.

Таким образом, эффективное напряжение и ампер-час будут равны

Ампер-час (Ач) = 200 Ач + 200 Ач + 200 Ач = 600 Ач

Напряжения = 12 В + 12 В = 24 В. (Параллельное соединение)

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Последовательное параллельное соединение батарей

Калькуляторы, связанные с батареями:

Когда нам нужно и как соединить батареи последовательно-параллельно?

Когда вам нужно удвоить емкость аккумулятора или номинальные ампер-часы (Ач), а также напряжение аккумуляторов в соответствии с потребностями вашей системы.

Например, если у вас шесть батарей на 12 В, 200 Ач в час, и вам потребуется емкость 600 Ач и система на 24 В для установки. Теперь у вас есть два набора из трех батарей, просто подключите два набора из трех аккумуляторов последовательно, а затем подключите два набора параллельно (как показано на рисунке выше), при этом общая емкость аккумулятора будет 600 Ач, а уровень напряжения - 24 В.

Это можно сделать с любым количеством аккумуляторов, т.е. получить разный уровень напряжения, а также увеличить емкость аккумулятора в ампер-часах при последовательно-параллельном соединении аккумуляторов.

Эта система используется в различных установках солнечных панелей и других приложениях.

Сравнение последовательного, параллельного и последовательно-параллельного соединения

В приведенной ниже таблице показаны основные различия между последовательным и параллельным подключением.

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Сравнение последовательных, параллельных и последовательно-параллельных подключений

Общие меры предосторожности и инструкции по подключению и установке аккумуляторов

Предупреждение и инструкции:

  • Никогда не замыкайте и не прикасайтесь к положительному полюсу (+ ) клемма батареи с отрицательной (-) клеммой батареи, чтобы избежать короткого замыкания, повреждения, травмы, взрыва или пожара.
  • Всегда подключайте аккумулятор одинакового уровня напряжения и емкости, чтобы избежать проблем с зарядкой и сокращения срока службы аккумулятора.
  • Не путайте (это может быть опасно) со сложной разводкой и подключением аккумуляторов последовательно-параллельно. Всегда делайте правильные расчеты и делайте схемы и схемы соединений батарейных блоков, прежде чем применять их на практике, чтобы быть в безопасности.
  • Особое внимание следует уделять полярности при зарядке аккумуляторных батарей, чтобы избежать короткого замыкания и возникновения опасных ситуаций.
  • Когда аккумулятор полностью зарядится, снимите зарядное устройство, чтобы избежать перегрева (в случае неавтоматического зарядного устройства или контроллера заряда).
  • Всегда заряжайте аккумулятор при комнатной температуре.
  • Не пытайтесь заряжать первичные элементы. т.е. не заряжайте неперезаряжаемые батареи.
  • Отсоедините аккумулятор от подключенной нагрузки, если он больше не используется, чтобы избежать коррозии и утечки.
  • Отсоедините источник зарядки аккумулятора и нагрузку перед подключением или отключением клемм.

Соответствующие инструкции по подключению и проводке аккумуляторов:

Как подключить аккумуляторы последовательно и параллельно

Если вы когда-либо работали с батареями, вы, вероятно, встречали термины серия , параллельная и последовательно-параллельная , но что именно означают эти термины?

Series, Series-Parallel и Parallel - это соединение двух батарей вместе, но зачем вам вообще нужно соединять две или более батарей вместе?

Подключив две или более батарей последовательно, последовательно, параллельно или параллельно, вы можете увеличить напряжение или емкость в ампер-часах, или даже и то, и другое; позволяет использовать приложения с более высоким напряжением или энергоемкие приложения.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ АККУМУЛЯТОРОВ СЕРИИ

Последовательное подключение батареи - это когда вы соединяете две или более батареи вместе для увеличения общего напряжения системы батарей, последовательное соединение батарей не увеличивает емкость, а только напряжение.
Например, если вы подключите четыре батареи 12 Вольт 26 Ач, у вас будет напряжение батареи 48 В и емкость батареи 26 Ач.

Для настройки батарей с последовательным подключением каждая батарея должна иметь одинаковое напряжение и номинальную емкость, иначе вы можете повредить батареи.Например, вы можете подключить две батареи 6 В 10 Ач вместе последовательно, но вы не можете соединить одну батарею 6 В 10 Ач с одной батареей 12 В 10 Ач.

Для последовательного соединения группы батарей вы подключаете отрицательную клемму одной батареи к положительной клемме другой и так до тех пор, пока не будут подключены все батареи, затем вы должны подключить перемычку / кабель к отрицательной клемме первой батареи в вашем цепочку батарей к вашему приложению, затем еще один кабель к положительной клемме последней батареи в вашей цепочке к вашему приложению.

При последовательной зарядке аккумуляторов необходимо использовать зарядное устройство, соответствующее напряжению аккумуляторной системы. Мы рекомендуем заряжать каждую батарею индивидуально, чтобы избежать дисбаланса батареи.

Герметичные свинцово-кислотные батареи

уже много лет являются предпочтительным выбором для систем с длинными линиями высоковольтных батарей, хотя литиевые батареи можно конфигурировать последовательно, это требует внимания к BMS или PCM.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АККУМУЛЯТОРОВ

Параллельное подключение батареи - это когда вы соединяете две или более батареи вместе для увеличения емкости в ампер-часах, при параллельном подключении батареи емкость увеличивается, однако напряжение батареи остается прежним.

Например, если вы подключите четыре аккумулятора 12 В 100 Ач, вы получите систему аккумуляторов 12 В 400 Ач.

При параллельном подключении батарей отрицательная клемма одной батареи подключается к отрицательной клемме следующей и т. Д. Через цепочку батарей, то же самое происходит с положительными клеммами, т. Е. Положительный полюс одной батареи к положительной клемме батареи. следующий. Например, если вам нужна аккумуляторная система 12 В 300 Ач, вам нужно будет подключить три батареи 12 В 100 Ач вместе параллельно.

Параллельная конфигурация батарей помогает увеличить время, в течение которого батареи могут питать оборудование, но из-за увеличенной емкости в ампер-часах они могут заряжаться дольше, чем батареи, соединенные последовательно.

СЕРИЯ

- АККУМУЛЯТОРЫ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ

И последнее, но не менее важное! Батареи соединены последовательно-параллельно. Последовательно-параллельное соединение - это когда вы подключаете цепочку батарей для увеличения как напряжения, так и емкости системы батарей.

Например, вы можете соединить шесть батарей 6 В 100 Ач вместе, чтобы получить батарею 24 В 200 Ач, это достигается путем настройки двух цепочек по четыре батареи.

В связи с этим у вас будет два или более комплектов батарей, которые будут настроены как последовательно, так и параллельно для увеличения емкости системы.

Если вам нужна помощь в настройке батарей в последовательном, параллельном или последовательном параллельном соединении, обратитесь к одному из наших экспертов по батареям.

Общие сведения о конфигурациях батарей | Аккумулятор

Что такое банк батарей? Нет, аккумуляторные банки - это не какие-то финансовые учреждения.Блок батарей - это результат соединения двух или более батарей вместе для одного приложения. Что это дает? Ну, подключив батареи, вы можете увеличить напряжение, силу тока или и то, и другое. Когда вам нужно больше мощности, вместо того, чтобы обзавестись огромным супертанкером с батареей для дома на колесах. Например, вы можете построить аккумуляторную батарею, используя мощную аккумуляторную батарею AGM для автофургона, кемпинга или прицепа.

Первое, что вам нужно знать, это то, что существует два основных способа успешного соединения двух или более батарей: первый - через серию, а второй - параллельный.Начнем с метода серий, сравнивая серию и параллель.

Как подключить батареи последовательно: При последовательном подключении батарей увеличивается напряжение двух батарей, но сохраняется одинаковая сила тока (также известная как ампер-часы). Например, эти две 6-вольтовые батареи, соединенные последовательно, теперь вырабатывают 12 вольт, но их общая емкость по-прежнему составляет 10 ампер.

Для последовательного соединения батарей используйте перемычку для соединения отрицательной клеммы первой батареи с положительной клеммой второй батареи.Используйте другой набор кабелей для подключения открытых положительных и отрицательных клемм к вашему приложению.

При подключении аккумуляторов: Никогда не перекрещивайте оставшиеся разомкнутые положительный и открытый отрицательный полюсы друг с другом, так как это приведет к короткому замыканию аккумуляторов и вызовет повреждение или травму.

Убедитесь, что подключаемые батареи имеют одинаковое напряжение и емкость. В противном случае у вас могут возникнуть проблемы с зарядкой и сокращение срока службы батареи.

Как подключить батареи параллельно: Другой тип подключения - параллельно.Параллельное соединение увеличит ваш номинальный ток, но напряжение останется прежним. На «параллельной» диаграмме мы вернулись к 6 вольт, но ампер увеличился до 20 Ач. Важно отметить, что из-за увеличения силы тока аккумуляторов вам может потребоваться более прочный кабель, чтобы кабели не перегорели.

Чтобы соединить батареи параллельно, используйте перемычку для соединения положительных клемм и другую перемычку для соединения отрицательных клемм обеих батарей друг с другом.Отрицательный к отрицательному и положительный к положительному. Вы МОЖЕТЕ подключить нагрузку к ОДНОЙ из батарей, и она будет разряжать обе батареи одинаково. Однако предпочтительный метод поддержания уровня заряда батарей - это подсоединение к плюсу на одном конце аккумуляторного блока и к минусу на другом конце блока.

Также возможно подключение аккумуляторов последовательно и параллельно. Это может показаться запутанным, но мы объясним ниже. Таким образом вы можете увеличить выходное напряжение и номинальный ток в ампер / час.Чтобы сделать это успешно, вам понадобится как минимум 4 батарейки.

Если у вас есть два набора батарей, уже подключенных параллельно, вы можете соединить их вместе, чтобы сформировать серию. На диаграмме выше у нас есть аккумуляторная батарея, которая выдает 12 вольт и рассчитана на 20 ампер-часов.

Не теряйся сейчас. Помните, что электричество проходит через параллельное соединение так же, как и в одиночной батарее. Он не заметит разницы. Таким образом, вы можете последовательно соединить два параллельных соединения, как две батареи.Требуется только один кабель; мост между положительной клеммой одного параллельного банка и отрицательной клеммой другого параллельного банка.

Это нормально, если к терминалу подключено более одного кабеля. Необходимо успешно строить такие аккумуляторные батареи.

Теоретически вы можете подключить столько батарей, сколько захотите. Но когда вы начинаете собирать путаницу из батарей и кабелей, это может сбивать с толку, а путаница может быть опасной.Помните о требованиях к вашему приложению и придерживайтесь их. Также используйте батареи той же мощности. По возможности избегайте смешивания и соответствия размеров батарей.

Всегда помните о безопасности и следите за своими связями. Если это поможет, сделайте схему ваших батарейных блоков, прежде чем пытаться их построить. Удачи!


Краткий справочник по словарю:

Ампер-час - это единица измерения электрической емкости аккумулятора.Стандартный номинал усилителя рассчитан на 20 часов.

Напряжение представляет собой давление электричества. Некоторые приложения требуют большего «давления», что означает более высокое напряжение.

Выберите более мощный аккумулятор

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

Практические соображения - Аккумуляторы | Аккумуляторы и системы питания

При соединении батарей вместе, чтобы сформировать более крупные «банки» (батарея , батарей?), Составляющие батареи должны быть согласованы друг с другом, чтобы не создавать проблем.

Батареи серии

Сначала рассмотрим последовательное подключение аккумуляторов для большего напряжения:

Мы знаем, что ток одинаков во всех точках в последовательной цепи, поэтому какая бы величина тока ни была в одной из последовательно соединенных батарей, она должна быть одинаковой и для всех остальных. По этой причине каждая батарея должна иметь одинаковую мощность в ампер-часах, иначе некоторые батареи разрядятся раньше, чем другие, что поставит под угрозу емкость всего банка.Обратите внимание, что общая емкость батарейного блока этой серии не зависит от количества батарей.

Батареи, подключенные параллельно

Далее мы рассмотрим подключение батарей параллельно для большей емкости по току (более низкое внутреннее сопротивление) или большей емкости в ампер-часах:

Мы знаем, что напряжение одинаково на всех ветвях параллельной цепи, поэтому мы должны быть уверены, что эти батареи имеют одинаковое напряжение. В противном случае у нас будут относительно большие токи, циркулирующие от одной батареи к другой, причем батареи с более высоким напряжением превосходят батареи с низким напряжением.Это не хорошо.

Максимальная токовая защита

По той же теме, мы должны быть уверены, что любая защита от перегрузки по току (автоматические выключатели или предохранители) установлена ​​таким образом, чтобы быть эффективной. Для нашей последовательной аккумуляторной батареи одного предохранителя будет достаточно для защиты проводки от чрезмерного тока, поскольку любой разрыв в последовательной цепи прекращает ток во всех частях цепи:

При параллельном блоке батарей одного предохранителя достаточно для защиты проводки от перегрузки по току нагрузки (между параллельно соединенными батареями и нагрузкой), но у нас есть и другие проблемы, от которых нужно защитить.Известно, что батареи имеют внутреннее короткое замыкание из-за неисправности сепаратора электродов, что вызывает проблему, похожую на ту, где батареи с неравным напряжением соединяются параллельно: исправные батареи будут превосходить вышедшую из строя батарею (более низкое напряжение), вызывая относительно большие токи внутри соединительных проводов батарей. Чтобы избежать такой возможности, мы должны защитить каждую батарею от перегрузки по току с помощью индивидуальных предохранителей батареи в дополнение к предохранителю нагрузки:

При работе с аккумуляторными батареями особое внимание следует уделять методу и времени зарядки.Различные типы и конструкции батарей имеют разные потребности в зарядке, и рекомендации производителя, вероятно, являются лучшим руководством, которому следует следовать при проектировании или обслуживании системы. При зарядке аккумуляторов возникают две проблемы: перезарядка и перезарядка . Цикличность относится к процессу зарядки аккумулятора до «полного» состояния, а затем его разрядки до более низкого состояния. Все батареи имеют ограниченный (ограниченный) срок службы, а допустимая «глубина» цикла (как долго она должна быть разряжена в любой момент) варьируется от конструкции к конструкции.Перезарядка - это состояние, при котором ток продолжает возвращаться через вторичную ячейку за пределы точки, в которой ячейка достигла полного заряда. В частности, в свинцово-кислотных элементах перезарядка приводит к электролизу воды («кипячению» воды из батареи) и сокращает срок службы.

Любая батарея, содержащая воду в электролите, может выделять водород в результате электролиза. Это особенно верно для перезаряженных свинцово-кислотных элементов, но не только для этого типа.Водород - чрезвычайно легковоспламеняющийся газ (особенно в присутствии свободного кислорода, образующегося в результате того же процесса электролиза), без запаха и цвета. Такие батареи представляют опасность взрыва даже при нормальных условиях эксплуатации и требуют уважительного обращения. Автор был непосредственным свидетелем взрыва свинцово-кислотной батареи, когда искра, созданная при извлечении зарядного устройства (небольшого источника питания постоянного тока) из автомобильной батареи, зажгла газообразный водород внутри корпуса батареи, оторвав верхнюю часть батареи. и брызги серной кислоты повсюду.Это произошло в автомобильном магазине средней школы, не меньше. Если бы не все студенты, находившиеся поблизости, были в защитных очках и комбинезонах с застегнутыми воротниками, могла бы произойти серьезная травма.

При подключении и отключении зарядного оборудования от аккумулятора всегда выполняйте последнее подключение (или первое отключение) в месте, удаленном от самого аккумулятора (например, в точке на одном из кабелей аккумулятора, по крайней мере, в футе от аккумулятора. ), так что любая возникающая искра практически не может воспламенить газообразный водород.

В больших стационарных батареях батареи оборудованы вентиляционными крышками над каждой ячейкой, а газообразный водород удаляется за пределы аккумуляторной комнаты через кожухи непосредственно над батареями. Газообразный водород очень легкий и быстро поднимается. Наибольшая опасность возникает, когда ему позволяют скапливаться в зоне в ожидании возгорания.

Более современные конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов герметичны, изготовлены для повторного объединения электролизованного водорода и кислорода обратно в воду внутри самого корпуса аккумулятора.Адекватная вентиляция может быть хорошей идеей на случай, если батарея протечет.

ОБЗОР:

  • Последовательное соединение аккумуляторов увеличивает напряжение, но не увеличивает общую емкость в ампер-часах.
  • Все батареи в последовательном банке должны иметь одинаковый номинал ампер-часов.
  • Параллельное подключение аккумуляторов увеличивает общую емкость по току за счет уменьшения общего сопротивления, а также увеличивает общую емкость в ампер-часах.
  • Все батареи в параллельном блоке должны иметь одинаковое номинальное напряжение.
  • Аккумуляторы могут быть повреждены из-за чрезмерной циклической работы и чрезмерной зарядки .
  • Батареи с электролитом на водной основе способны выделять взрывоопасный газообразный водород, который не должен накапливаться в помещении.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Серия

и параллельные схемы в источниках питания

Фотоэлектрические модули и батареи являются строительными блоками системы.Хотя каждый модуль или батарея имеют номинальное напряжение или силу тока, их также можно соединить вместе, чтобы получить желаемое напряжение в системе.

1. Цепи серии

Проводные соединения серии

выполняются между положительным (+) концом одного модуля и отрицательным (-) концом другого модуля. Когда нагрузки или источники питания подключаются последовательно, напряжение увеличивается. Последовательная проводка не увеличивает вырабатываемый ток. На изображении справа показаны два модуля, подключенных последовательно, что дает 24 В и 3 А.Цепи серии

можно также проиллюстрировать с помощью батареек для фонарей. Батареи фонарей часто подключаются последовательно для увеличения напряжения и питания лампы с более высоким напряжением, чем одна батарея могла бы питать в одиночку.

Вопрос: Каково результирующее напряжение при последовательном подключении четырех батарей 1,5 В постоянного тока?

Ответ: 6 вольт

2. Параллельные цепи

Параллельные проводные соединения выполняются от положительных (+) к положительным (+) клеммам и от отрицательных (-) к отрицательным (-) клеммам между модулями.Когда нагрузки или источники подключаются параллельно, токи складываются, а напряжение одинаково во всех частях цепи. Чтобы увеличить силу тока в системе, источники напряжения должны быть подключены параллельно. На изображении справа показаны фотоэлектрические модули, подключенные параллельно, чтобы получить систему на 12 В, 6 А. Обратите внимание, что параллельная проводка увеличивает производимый ток и не увеличивает напряжение.

Батареи также часто подключаются параллельно для увеличения общего количества ампер-часов, что увеличивает емкость накопителя и продлевает время работы.s

3. Последовательные и параллельные схемы

Системы могут использовать сочетание последовательной и параллельной проводки для получения требуемых напряжений и силы тока. На изображении справа показаны четыре модуля на 3 А, 12 В постоянного тока, подключенных последовательно и параллельно. Гирлянды из двух модулей соединены последовательно, увеличивая напряжение до 24 В. Каждая из этих струн подключается параллельно цепи, увеличивая силу тока до 6 ампер. В результате получилась система на 6 ампер и 24 В постоянного тока.

4. Последовательные и параллельные батареи

Преимущества параллельной схемы можно проиллюстрировать, наблюдая, как долго проработает фонарик, прежде чем батареи полностью разрядятся.Чтобы фонарик прослужил вдвое дольше, необходимо вдвое увеличить емкость аккумулятора.

На картинке слева последовательно добавлена ​​цепочка из четырех батарей параллельно другой цепочке из четырех батарей для увеличения емкости хранения (ампер-часов). Новая цепочка батарей подключается параллельно, что увеличивает доступные ампер-часы, тем самым добавляя дополнительную емкость и увеличивая время использования. Вторую цепочку нельзя было добавить последовательно, потому что общее напряжение будет 12 вольт, что несовместимо с 6-вольтовой лампой.

5. Высоковольтные фотоэлектрические массивы

До сих пор в этой главе мы обсуждали только входное напряжение до номинального 24 В. Сегодня для большинства инверторов с подключением к сети без батарей требуется вход постоянного тока высокого напряжения. Это входное окно обычно находится в диапазоне от 350 до 550 В постоянного тока. Из-за требований инвертора к входу высокого напряжения фотоэлектрические модули должны быть подключены последовательно, чтобы в достаточной степени увеличить напряжение.

6. Примеры и инструкции последовательного и параллельного подключения

1. Подключите фотоэлектрические модули (массив) последовательно или параллельно, чтобы получить желаемое напряжение в системе.

2. Рассчитайте общую мощность модуля для вольт и ампер.

3. Подключите массив к контроллеру заряда.

4. Подключите батареи последовательно или параллельно, чтобы получить желаемое напряжение в системе.

5. Рассчитайте общее напряжение аккумуляторной батареи и емкость ампер-часов.

6. Подключите аккумуляторную батарею к контроллеру заряда.

Источник : «ФОТОЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ - Руководство по проектированию и установке» компании Solar Energy International.

Тренинг по сертификации солнечной энергии от профессиональных установщиков солнечных батарей

С 18 сертифицированными IREC-ISPQ тренерами по солнечной фотоэлектрической системе и 24 сертифицированными специалистами по установке солнечных фотоэлектрических систем, сертифицированными NABCEP, - больше, чем в любой другой учебной организации по солнечной энергии, - опытная команда Solar Energy International находится в авангарде образования в области возобновляемых источников энергии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *